Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Impact behaviour of glass fribre /epoxy composites with nano-enhanced resin after water exposure

Landowski M., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2015

|

Vol. 15, nr 2(44)

30--35

EN

Impact behaviour of glass fibre /epoxy composites with nano- SiO2 modified resin was studied in terms of low velocity impact after water exposure. Nanocomposites with 1%, 2%, 3% 5% 7% nano-SiO2 (Nanopox- Evonic) were investigated. Peak impact load and impact damage area as a function of nanoparticle contents were compared for dry specimens and for samples exposed to water (0.7 %wt. 1.7% water absorbed) at 1J, 2J 3J impact energies. For unmodified composite peak force was higher than for 3% modified specimens and higher for dry specimens than those exposed to water. Impact damage areas were plotted as a function of water contents for modified and unmodified samples. Failure modes were illustrated using SEM micrographs. Numeropus matrix cracks were the dominating failure mode in dry speciemens both unmodified and the modified. Fibre fracture was observed at 3J impact energy in all dry unmodified samples, however water exposure prevented early fibre fracture in nanocomposites. The proposed energy absorption mechanism is nanoparticles debonding.

2

Analiza obciążeń działających na dzieci w fotelikach zamocowanych przodem i tyłem do kierunku jazdy w czasie zderzenia czołowego

Zdunek B., Landowski M., Taryma S., Woźniak R., Imielińska K., Muszyński A.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2013

|

R. 14, nr 10

311-314

PL

W artykule omówione zostały podstawowe problemy ochrony dzieci w czasie kolizji drogowych. Przedstawione zostały dwa sposoby mocowania fotelików: przodem i tyłem do kierunku jazdy. Opisane i porównane zostały przebiegi obciążeń głowy w czasie uderzenia pojazdu w sztywną ścianę betonową.

EN

Paper describes the basic problems of children protection during collisions. Presented and compared were head deceleration during vehicle impact with a rigid concrete wall for two ways of fixing child seats: front and rear-facing.

3

Dynamic mechanical behaviour of gfrp composites with SiO2 nano particles reinforced epoxy matrix

Landowski M., Budzik M., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2013

|

Vol. 13, nr 4(38)

5--8

EN

Dynamic mechanic (DMA) tests were performed to compare the mechanical behaviour of glass fibre reinforced epoxy laminate composites with SiO2 nanoparticle reinforced matrix. The selection of the most promising nanoparticle concentrations was considered in terms of elastic modulus and glass transition temperature. The reference specimens (0% nanoparticles) did not contain diluent accordingly the results do not allow the exact comparison with unreinforced composite, nevertheless the ranking of the nanocomposites was made. In terms of stiffness requirements 20% nanoparticles composites offer the best behaviour, 25% higher elastic modulus than 5% nanoparticles. For nano composites the glass transition temperature TG is the highest: 80°C, 77°C for 3%, 5% nanoparticles respectively and the lowest 75°C, 72°C , 71°C for 15%, 10% and 20% nanoparticles is respectively .

4

Degradation of GFRP Marine Laminates with Nano Particle Modified Coatings

Landowski M., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2013

|

Vol. 13, nr 2(36)

19--22

EN

Water absorption and surface blistering behaviour was studied for polyester-matrix laminates with SiO2 nanoparticle reinforced gel coats. Accelerated water immersion tests at 37°C showed that addition of 10% nanoparticles increases blisters incubation time by ca. 50% compared to 5% and 0% nanoparticles composites.

5

Water sorption and blistering of GFRP laminates with varying structures

Landowski M., Budzik M., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2012

|

Vol. 12, nr 4(34)

23-29

EN

The microstructures, water absorption as well as blistering was studied for bi- and tri- axial glass fibre vinyl ester and polyester -matrix laminates coated with gel coat layer and uncoated. The effect of manufacturing technique on water sorption characteristics was considered. It was found that water sorption characteristics of GFRP depend on manufacturing methods. The least water intake was found for specimens having perfect microstructure due to manufacturing by infusion process. Water sorption saturation value was reached after ca. 50 days of accelerated test at 70°C and was found to correspond to 250 days conditioning at 20°C. Blistering evolution was illustrated and SEM images shown corresponding to degradation of the gel coat layer and the laminate during the exposure in water.

6

Wpływ metody wytwarzania na właściwości laminatów poliestrowo/ szklanych do budowy małych jednostek pływających

Landowski M., Budzik M. K., Imielińska K.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 5

868-872

PL

W pracy porównano jakość laminatów poliestrowo/szklanych (pod względem mikrostrukturalnym i wybranych wskaźników wytrzymałościowych) wytworzonych w zakładzie budowy dużych łodzi motorowych za pomocą metod: ręcznej, worka próżniowego i infuzji. Badano jakość struktury pod kątem udziału osnowy żywicznej i liczby pęcherzy za pomocą SEM (rys. 3) i analizy ilościowej obrazu. Próbki wykonane metodą ręczną, worka próżniowego i infuzji wykazały udział objętościowy osnowy odpowiednio: Vm = 51%, 23%, 35%. Zróżnicowany udział żywicy w kompozycie wpłynął na jego grubość: 3,8 mm - metoda ręczna, 2,6 mm - metoda worka próżniowego i 2,7 mm - metoda infuzji. Porównano własności mechanicznena podstawie wyników prób: trzypunktowego zginania (rys. 4), ścinania międzywarstwowego (rys. 5), udarności wyznaczonej metodą Charpy'ego i spadającej masy (rys. 6). Wyniki badań wytrzymałości na zginanie nie ujawniły znaczących różnic w wytrzymałości na zginanie i modułu Younga próbek wykonanych różnymi metodami. Różnica rzędu 10% na niekorzyść metody ręcznej wynika z większego udziału słabej osnowy żywicznej i nieco większej liczby pęcherzy. Zaobserwowano natomiast 20% mniejsze odkształcenie przy pękaniu (rys. 4) i 25% mniejszą udarność (rys. 6) w przypadku metody worka próżniowego w porównaniu z metodą infuzji. Było to spowodowane licznymi mikropęknięciami pomiędzy włóknami (rys. 3d, e.), które pojawiły się w miejscach "suchego" styku włókien w laminacie na skutek lokalnie nadmiernego odessania żywicy. Ogólnie stwierdzono, że biorąc pod uwagę uzyskane wyniki, lepszą wydajność oraz mniejszą szkodliwość dla zdrowia pracowników jest uzasadnione propagowanie metody infuzji w polskim przemyśle okrętowym.

EN

Microstructural SEM characteristics (Fig. 3) and mechanical behaviour were compared for glass/polyester laminates manufactured in the boatbuilding plant using three methods: hand lay-up, vaccum bagging, infusion. Microstructure was assessed in terms of matrix Vm and void volume fraction using quantitative image analysis. Vm was found 51%, 23%, 35%, respectively. Differences in Vm affected laminate thickness which was fund 3.8 mm for hand lay-up method, 2.6 mm for vacuum bagging and 2.7 mm for infusion. Mechanical behaviour was characterized using three point bending test (Fig. 4), interlaminar shear strength (Fig. 5), Charpy impact and drop weight tests (Fig. 6). Bending test results did not vary much between the methods. Maximum difference of flexural strength and Young's modulus of about 10% in favour of the two vacuum methods (Fig. 4) was due lesser Vm and VV. However, significantly (20%) reduced deformation at fracture and 25% reduced impact strength were observed (Fig. 6) for vacuum bagging method compared to infusion. This was due to numerous debondings and microcracks which formed between the fibres (Fig. 3d, e) in the "dry" spots where fibres were not separated by the resin layer because of locally excessively small matrix content. Based on the results of experiments and knowledge about the impact of polymer laminate manufacturing methods on the environment it has been concluded that infusion method should be recommended to the Polish boat building plants not only due to improved efficiency and harmlessness to the workers' health but also because of improved mechanical behaviour of the materials.

7

On degradation of glass/polyester laminate immersed in water

Landowski M., Budzik M., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, nr 1(27)

35-39

EN

Mechanical behaviour was compared for glass/ polyester laminates manufactured in the boatbuilding plant using three methods: hand lay-up, vacuum bagging, infusion. Specimens were tested in dry condition and following accelerated water immersion test (700C- corresponding to the exposure of 30 years at 190C). In three point bending test 40-50% reduction in laminate strength was observed due to water immersion. The highest degradation was in samples manufactured using hand lay-up method, the differences in strength between both vacuum methods were insignificant. Interlaminar shear strength was reduced by 25% for infusion method which is recommended as the most efficient. Matrix plasticization and debondings as well as surface microcracks were responsible for reduction in strength for water conditioned specimens. However, no microstructural difference in type or intensity of internal damage was observed for the three sample types.

8

Pomiary energii pękania złączy klejonych z elastyczną warstwą kleju

Budzik M. K., Jumel J., Imielińska K., Shanahan M. E. R.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 5

1366-1371

PL

Praca dotyczy opracowywania nowych metod badań adhezji elastycznych klejów, na przykładzie akrylowego kleju "mastic" i porównawczo kleju epoksydowego, na podstawie mechaniki pękania. Przedstawiono wyniki ba- dań przeprowadzonych dla złącza asymetrycznego, czyli np. składającego się z dwóch rożnych materiałów lub tych samych materiałów o rożnej grubości. Metody wyznaczania podstawowych parametrów w próbach mechaniki pękania przeprowadzanych na złączach adhezyjnych wykorzystują najczęściej model belki utwierdzonej, w której front pęknięcia zastępuje się przez sztywne utwierdzenie. Gdy zastosowany klej jest elastyczny, np. ze względu na niski moduł Younga, degradację właściwości itp., obciążenie złącza prowadzi do jego zauważalnych odkształceń, zmieniając wszystkie określane parametry. Używając asymetrycznego testu klina, w którym jeden z klejonych substratów uzbrojono w serię tensometrów oraz modelu Emila Winklera, w pracy zbadano stan odkształcenia kleju i jego wpływ na badane kryteria mechaniki pękania. Stwierdzono, że długość pęknięcia wyznaczona dotychczasowymi metodami jest zawyżana. Jednakże podstawiając długość pęknięcia z jej własnym błędem uzyskuje się prawidłową wielkość energii pękania. Dodatkowym aspektem pracy jest fakt, że przeprowadzone próby dotyczą deformacji kleju odbywającej się przed frontem pęknięcia, nie dotyczą pękania per se, są więc badaniami nieniszczącymi.

EN

Fracture of the adhesive joints was studied in the aluminum plates Bondem with two adhesives: rigid-epoxy or the flexible-acrylic. Since the conventional methods of adhesion assessment, e.g. shear strength are inadequate for the flexible adhesive due to possible adhesive compliance and time /temperature effects the recently developed, instrumented asymmetric wedge test was used. In this contribution we have analyzed the effect of the adhesive layer on the crack length and fracture energy of the bonded joint in mode I test. Within the work two models were compared - standard simple beam theory (SBT) model and elastic foundation Winkler model (Fig. 3). It was found that treating the strain measurements results with SBT model leads to the overestimation of the crack position compared to the energy estimated using the real crack position (Fig. 7 left). However, when the crack length is left with it own overestimation error, the estimated fracture energy is found equal to the one calculated using more sophisticated Winkler model (Fig. 7 right).

9

Reliable method of assessing fracture properties of asymmetric bonded joints

Tysarczyk J., Budzik M., Jumel J., Imielińska K., Shanahan M. M.

Advances in Materials Science

|

2010

|

Vol. 10, nr 1(23)

43-52

EN

Two methods of assessing fracture properties of adhesive joints were studied. Two wedge tests: with continuous deflection and with force measurements were compared. Asymmetric geometry of the bonded joint was considered, i.e. two different plates of aluminium alloys: Al-Cu and Al-Mg, were bonded with epoxy DGEBA adhesive. The analytical model is shown to estimate the values of fracture properties: crack position and critical fracture energy. It was found that both methods allow easy and reliable estimation and comparison of fracture properties, although some differences were observed.

10

Wpływ zmiennych własności adhezyjnych powierzchni klejonych na propagację pęknięcia w złączu Al/laminat epoksydowo-węglowy

Budzik M. K., Jumel J., Imielińska K., Shanahan M. E. R.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 2

118-122

PL

Praca dotyczy oceny efektywności wstępnej obróbki powierzchni klejonych, polegającej na zastosowaniu dwóch różnych sposobów obróbki (piaskowanie lub polerowanie), na tej samej próbce naprzemiennie. Badania przeprowadzono na próbce sklejonej z płytki aluminiowej i płytki z laminatu epoksydowo/węglowego z pęknięciem zainicjowanym przez wbicie znormalizowanego klina pomiędzy płytki (ive-dge lesl wg Boeing'a) (rys. 3). Badano przebieg propagacji pęknięcia wykreślając charakterystyki ciągłe długości pęknięcia w złączu (rys. 8), prędkości i zmiany energii pękania. G^ w funkcji czasu (rys. 7, 9). Monitorowano propagację pęknięcia za pomocą kamery, co umożliwiło wskazanie miejsc, gdzie dochodziło do zmiany charakteru pęknięcia (adhezyjne/kohezyjne) w czasie próby, skorelowanych z obszarami o różnym przygotowaniu powierzchni płytki aluminiowej (rys. 4, 5). Zastosowano zmodyfikowaną metodę tensometryczną jako alternatywę optycznego sposobu określenia długości pęknięcia w złączu. Dotychczasowe doświadczenia w tym zakresie dotyczyły złączy symetrycznych aluminium/aluminium, natomiast autorzy opracowali metodę, którą można też stosować w odniesieniu do złącza niesymetrycznego aluminium/laminat epoksydowo/węglowy. Rezultaty świadczą o efektywności zastosowanej metody w odniesieniu do badań złączy klejonych Al/laminat. Stwierdzono, że naprzemienna obróbka powierzchni podłoża w pojedynczej próbce wraz z ten-sometryczną techniką pomiani umożliwiają tatwe określenie skuteczności danej metody obróbki powierzchni klejonych. Zastosowana metoda pomiarowa pozwoliła zaobserwować zjawisko zakrzywienia frontu pęknięcia na granicy dwóch odmiennie obrobionych powierzchni (rys. 10). Wyjaśnienie tego zjawiska, najprawdopodobniej związanego z efektem antyklastyczności, wymaga dalszych, szczegółowych prac.

EN

A novel technique for estimating the adhesion efficiency of aluminum/ laminate adhesive joint has been reported. Aluminum plate was bonded with a carbon/epoxy laminate using an epoxy adhesive. Two types of surface treatment of aluminum plate were employed on the same spe-cimen, and fracture of the joint was studied using the Boeing wedge test (Fig. 3). Crack length was monitored using strain gauge and optical methods (Fig. 2). The strain gauge method for asymmetric joint was developed by the authors and is described in detail. Crack growth ratę and strain energy release ratę G|( were plotted versus time (Fig. 7, 9). No clear-cut transition was observed in the crack length vs. time charac-teristics (Fig. 8) when the crack front was entering the area of varying surface treatment, which can be attributed to the curved crack front (Fig. 10). Explanation of this phenomenon (presumably due to the anticlastic effect of the plates) needs to be considered. Macroscopically, a transition zonę from adhesive to cohesive type of fracture was found to cor-relate with the areas of adherend variable surface treatment (polishing / sandblasting) (Fig. 4, 5). The novel method proposed was found to be satisfactory in that it allows an assessment of the adhesion efftciency of new adhesive systems /new surface treatments using a single specimen with variable surface treatments.

11

Fracture of Aluminium Joints Bonded with Epoxy Adhesive Reinforced by MMT Nanoparticles

Budzik M., Pilawka R., Imielińska K., Jumel J., Shanahan M. M.

Advances in Materials Science

|

2009

|

Vol. 9, nr 2(20)

4-11

EN

Crack propagation behavior was studied for aluminium/aluminum adhesive joints bonded with two epoxy adhesives: pure and reinforced with clay nanoparticles. The focus was also on the novel use of the constant displacement rate test to study adhesion/adhesives efficiency. The epoxy systems studied were: Epidian E6 produced from bisphenol A and epichlorohydrin, ("Organika -Sarzyna" Poland); pure or strengthened with montmorillonit nanoparticles (MMT). Crack growth rate was estimated for two displacement rates. The nanoparticle reinforced epoxy showed advantage over pure epoxy adhesive (Figs. 4,5). This effect was more pronounced at low deflection rates. The constant displacement rate test was found promising to study microstructural effects in adhesive joints.

12

Właściwości połączeń klejonych Al/laminat epoksydowy ze wzmocnieniem z włókien węglowych

Budzik M. K., Jumel J., Imielińska K.

Inżynieria Materiałowa

|

2008

|

Vol. 29, nr 1

42-46

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu wybranych parametrów związanych z budową i przygotowaniem próbek na wytrzymałość złączy klejonych Al/laminat epoksydowy wzmocniony włóknami węglowymi. Zagadnienie to ma związek z coraz częstszym wykorzystaniem klejonych łatek kompozytowych do napraw pękniętych elementów konstrukcji aluminiowych, np. lotniczych, tradycyjnie naprawianych za pomocą złączy śrubowych lub nitowanych [1,2]. Wiedza na temat właściwości i trwałości złączy adhezyjnych Al/laminat epoksydowo-węglowy jest wciąż niewystarczająca, co prowadzi do bardzo zachowawczych zasad projektowania tych złączy [9]. Badano próbki o zróżnicowanej liczbie warstw laminatu a więc różnej sztywności, oraz udziale łatki konstrukcji próbki a także dwóch odmiennych sposobach przygotowania powierzchni podłoża Al. Wykonane zostały samodzielnie w Institute de Maintenance Aeronautique -Merignac- Francja. Wyniki prób zginania trzypunktowego wskazują na znaczny wzrost wytrzymałości złącza (rys. 3, 7, 8) bez względu na parametry próby, co świadczy o efektywności naprawy. Uzasadniono, że z punktu widzenia wytrzymałości i sztywności efektywniejsze jest stosowanie łatki z laminatu 4-warstwowego w porównaniu z 8-warstwowym, ze względu na lepszą jakość mikrostrukturalną (lepsze przesycenie włókien, mniejsza liczba pęcherzy) możliwą do uzyskania dla cieńszego laminatu (rys. 2, 6). Badania wytrzymałości statycznej złączy o zróżnicowanej obróbce powierzchni płytki Al (elektrochemiczna, mechaniczna) wykazały przewagę metody elektrochemicznej jedynie dla laminatu 8-warstwowego, w cieńszym laminacie obie metody wypadły podobnie (rys. 4). Wykazano (rys. 8), że zwiększanie długości łatki prowadzi do znaczącego wzrostu wytrzymałości złącza. Wyniki badań stanowią podstawę do przyjęcia wymiarów i sposobu przygotowania próbek do dalszych badań trwałości złączy klejonych Al/kompozyt węglowy, przy obciążeniach cyklicznie zmiennych i wpływie środowiska.

EN

The effect of sample geometry and Al surface pretreatment was studied on the mechanical behaviour of Al-carbon/epoxy adhesive joints. This problem is related to the in-service repairs of the Al structural elements including aircrafts [1, 2]. Two basic methods of such repairs are currently used: mechanical (rivets, screws) or adhesive bonding (metal to metal, or metal to composite). Knowledge, about properties and durability of aluminium-carbon/epoxy adhesive joints in still insufficient which leads to the conservative design [9]. In this paper the effect of selected parameters on the efficiency of Al-carbon/epoxy adhesive joints was studied in terms of bending characteristics and microstructural quality (SEM). The specimens were produced at laboratory of aeronautical maintenance. Variable Al surface treatment, number of plies in the laminate (stiffness) and patch length were studied. Increased strength of the joint in all cases studied proved the efficiency of the repair (Figs. 3, 7, 8). It was found that in terms of strength and stiffness the use of 4-ply laminate shows advantage over the 8-ply due to improved microstructural quality possible in the thin laminate (Figs. 2,6). The electrochemical surface pre-treatment of Al surface did not improve the strength of the Al-4ply composite joint compared to the mechanical surface treatment (fig. 4) The increase in the patch length lead to the rapid increase in the strength of the joint (fig. 8).

13

Badania pękania udarowego w konstrukcjach przekładkowych poliestrowo-szklanych z rdzeniem z pianki PVC

Wojtyra R., Imielińska K.

Kompozyty

|

2007

|

R. 7, nr 3

140-144

PL

Porównano podatność do pękania udarowego trzech konstrukcji przekładkowych z okładkami z laminatu poliestrowo-szklanego i rdzeniem z pianki PVC za pomocą dynamicznych charakterystyk obciążeń/odkształceń oraz badań mikrostrukturalnych. Zastosowano trzy rodzaje spoiwa (Scott Bader) do połączenia okładek z rdzeniem: spoiwo dwufazowe z twardym napełniaczem, spoiwo lekkie z napełniaczem w postaci mikrosfer oraz żywicę poliestrową (przyklejanie pianki do nieutwardzonych powłok). Obciążenie inicjacji pęknięć było niezależne od spoiwa i wyniosło ok. 2,5 kN dla wszystkich próbek. W badaniach quasi-statycznych wartość ta okazała się niższa: 1,2-1,7 kN. Największą podatność do pękania poprzez rdzeń wykazały próbki ze spoiwem dwufazowym zawierającym twarde cząstki. Badania sekwencji pękania próbek przy użyciu kamery do szybkiej fotografii pozwoliły ustalić, że powodem tego była słaba adhezja na granicy spoiwo-pianka (pękanie miało charakter adhezyjny) w przeciwieństwie do próbek z lekkim spoiwem zawierającym mikrosfery, gdzie pęknięcie miało charakter kohezyjny. Najskuteczniejszym w warunkach udaru spoiwem okładek i rdzenia okazała się sama żywica poliestrowa w procesie formowania "na mokro".

EN

Impact resistance of glass/polyester-PVC foam core sandwich structures was studied using instrumented impact tests. The efficiency of three face core bonding agents was estimated: the two Scott Bader adhesives (the high density, and the low density) and polyester resin (wet lay-up). The load (deflection-) time plots were analyzed in terms of the threshold load for impact damage and maximum impact load. With the aid of high-speed photography the damage initiation load was found approximately 2.5 kN, independent of the adhesive type compared to 1.2-1.7 kN obtained in the quasi-static indentation tests. It was found that for low velocity impact loading high density adhesive was the least effective face/core bonding agent since the core crack originated from the adhesive/core interfacial fracture while for the low density bonding agent cohesive fracture occurred. Resin-bonded specimens were most resistant to the development of the face/core fracture.

14

Environmental degradation of advanced fibre hybrid composites

Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2007

|

Vol. 7, nr 2(12)

115-120

EN

Water absorption, water-induced degradation of flexural properties and failure mechanisms were investigated in hybrid aramid-glass fibre-reinforced/epoxy 4 ply laminates. After extended periods of service, significant water absorbtion (ca. 3,5 wt%) resulted in deterioration of flexural strength by ca 20% and of the interlaminar shear strength by ca. 30%. Following water immersion, under flexural loading aramid-glass fibre reinforced/epoxy composites failed by aramid fibre buckling and fibre/matrix interfacial damage propagation, whereas the principal failure mechanisms in glass fibre composites are single or multiple ply and fibre fractures. Plots showing changes in stress regimes responsible for damage development in dry/wet specimens, failure maps of stress versus % water/failure mechanism, are presented.

15

Environmental stress cracking in e-glass and aramid/glass epoxy composites

Imielińska K.

Kompozyty

|

2006

|

R. 6, nr 4

19-23

EN

Glass fibre reinforced polymer composites (GFRP) show relatively low degradation in various corrosive environments in the unstressed state, however, they are very susceptible to stress corrosion, especially in dilute mineral acid environment. The stress corrosion crack propagation characteristics in glass fibre/epoxy laminates have been studied by several investigators. However, there is no relevant data on the behaviour of hybrid aramid-glass fibre polymer laminates (A-GFKP), now employed in construction of special vessels for naval and sport use. Due to high water absorption in aramid/epoxy laminates (5-6%) hybrid aramid-glass/epoxy composites may be susceptible to early cracking. Accordingly, in the present work environmental stress cracking characteristics of GFRP and (A-G)FRP were studied using CT (fracture mechanics) samples (Fig. 1) under constant tensile load and water environment. For GFRP the characteristics of crack length as a function of exposure time (up to 3 months) were obtained (Fig. 3). The threshold stress intensity factor for environmental crack growth was found K(I) = 15 MPa x m1/2 in water compared to 22 MPa x m1/2 in air (Fig. 4). In hybrid (A-G)FRE composite only surface resin crack was found (Fig. 5) accordingly compared to GFRP (A-G)FRE composite was found practically immune to the environmental stress cracking in the conditions used in this study. Ductile aramid fibres seemed to protect the glass fibre reinforcement from stress cracking due to higher chemical resistance and complex failure mechanisms (Fig. 6).

PL

Kompozyty epoksydowe wzmocnione włóknami szklanymi są dość odporne na wpływy środowiskowe w stanie nieobciążonym, jednak po przyłożeniu obciążeń łatwo pękają w środowisku wody i rozcieńczonych kwasów. Charakterystyki propagacji pęknięć środowiskowych w laminatach szklano/epoksydowych były przedmiotem wielu prac, jednak brak jest danych na temat zachowania laminatów o wzmocnieniu hybrydowym aramidowo-szklanym, stosowanych w budowie kadłubów specjalnych, szybkich jednostek pływających. Ze względu na znaczną absorpcję wody (rzędu 5-6%) przez kompozyty aramidowe istnieje niebezpieczeństwo przyspieszonego pękania obciążonych elementów z laminatów aramidowo-szklanych w środowisku wody. W niniejszej pracy zbadano zatem przebiegi charakterystyk propagacji pęknięć w próbkach ze szczeliną (mechaniki pękania), CT (rys. 1) z laminatów szklano/epoksydowego i aramidowo-szklano/epoksydowego przy stałym obciążeniu rozciągającym. Dla kompozytu z włóknami szklanymi zanurzonego w wodzie destylowanej otrzymano charakterystyki przyrostu długości pęknięcia w funkcji czasu ekspozycji w wodzie i w powietrzu (rys. 3). W laminacie szklano/epoksydowym progowa wartość współczynnika intensywności naprężeń wyniosła K(I) = 15 MPa x m1/2 w porówaniu z 22 MPa x m1/2 w powietrzu (rys. 4). Dla laminatu hybrydowego wzmocnionego włóknami aramidowymi i szklanymi pęknięcie przebiegało jedynie w powierzchniowej warstwie żywicy (rys. 5), zatem w zastosowanych warunkach i czasach ekspozycji (3 miesiące) nie udało się określić prędkości propagacji pęknięcia. W porówaniu z laminatem wzmocnionym włóknami szklanymi laminat hybrydowy okazał się więc praktycznie odporny na pękanie środowiskowe w zastosowanych warunkach, niezależnie od podwyższonej chłonności wody. Proces pękania włókien szklanych hamowały odporne na pękanie włókna aramidowe splecione ze szklanymi w jedną tkaninę (rys. 6). Zaobserwowano złożony mechanizm degradacji materiału na końcu szczeliny, co opóźniało pękanie na grubości materiału.

16

Low velocity impact damage in glass / polyester composite sandwich panels

Lendze T., Wojtyra R., Guillaumat L., Biateau C., Imielińska K.

Advances in Materials Science

|

2006

|

Vol. 6, nr 1

26-34

EN

Impact resistance of glass/polyester facesheets/PVC foam core sandwich structures was primarily assessed in terms of skin-/core bonding efficiency using two types of adhesives and bonding with uncured resin. Also, the air-coupled ultrasonic C-scan technique was estimated as a means of characterizing impact damage size in sandwich structures. The following observations were made. The impact damage size estimated by visual inspection was much more extensive in all samples, which is due to the C-scan images showing only the overlapping delaminations area directly under the impact site, whereas the visual inspection of the laminate surface and macroscopic observations of the sample section show the extent of the largest, single delamination. The least extensive damage size was found in the two-phase high-density adhesive samples showing also the highest tendency for core cracking. In contrast, the “pinkglue” adhesive, which is low-density due to the presence of the microspheres provides greater local flexibility which prevented core craking.

17

On delamination threshold loads in low velocity impact on glass-carbon/epoxy composites

Imielińska K., Wojtyra R., Kozłowski M.

Kompozyty

|

2005

|

R. 5, nr 1

69-74

EN

When a structure is accidentally impacted by an object, (e.g. by dropping a tool) it may be important to know if the impact is likely to cause serious damage in the structure. The easiest way to solve this is to compare the impact energy with the threshold impact energy of the structure. Thus, it is necessary to find the threshold impact energy of the structure which depends on the properties of the material and boundary conditions. In the present work the problem of delamination threshold load assessment was studied for epoxy laminates reinforced with woven glass-carbon laminates. The behaviour of symmetrical and unsymmetrical glass E/carbon C laminate was studied (E/C/E/C/E and E/E/C/E/C). Instrumented impact and static indentation tests were used. The rebound impact tests were conducted on the 100 mm square specimens in standard instrumented dropping weight tower Ceast Dartester. Indentation tests were performed using the same samples and supports geometry as in impact tests. The acoustic signal was used to assess the load and deflection corresponding to the first damage in the laminate. Damaged samples were examined using SEM. The approximate projected maximum delamination area was assessed and plotted against impact energy and maximum load (Fig. 6). The experimental results obtained in this work show (Figs 5, 6) that, similar to quasi-isotropic fibre reinforcement, for woven glass/carbon/epoxy laminates there exists a threshold impact load corresponding to a sudden jump of the area of delaminations from zero to a certain value (100 mm2). The threshold impact energy was found 1.5 J independent of the glass fibre stacking sequence. The near-the-threshold damage in woven glass-carbon/epoxy laminates consists of delaminations and fibre/matrix debonding. Good correlation of the projected damage area obtained in this work for static (indentation) and impact measurements confirm that prediction of the threshold impact damage by quasi static tests instead of instrumented impact test is practical and useful.

PL

Przedstawiono badania charakteru i rozmiaru zniszczeń w laminatach epoksydowych wzmocnionych włóknami węglowymi oraz szklanymi i węglowymi wywołanych przez udary o małej energii. Na podstawie dynamicznych charakterystyk obciążeń w funkcji czasu i odkształcenia płytek określano zależność pola delaminacji w funkcji obciążenia wywołującego te zniszczenia. Ze względu na konieczność posiadania młota spadowego z oprzyrządowaniem do prób dynamicznych badania takie są kłopotliwe. Jednak wyniki prób prowadzonych w zaawansowanych laboratoriach kompozytowych w Wlk. Brytanii i USA wskazują na możliwość wykorzystania badań przy obciążeniach quasi-statycznych o analogicznym układzie podpór i geometrii próbki do oceny progowych obciążeń wywołujących inicjacje delaminacji w laminacie. Korzystając z takiej możliwości, porównano zniszczenia powstałe przy obciążeniach quasi-statycznych i udarowych (określonych przez maksymalne obciążenie Pmax). Posiadane dane z pomiarów dynamicznych o energii udaru wyższej od progowej umożliwiły identyfikację obciążenia wywołującego skokową inicjację delaminacji w laminacie epoksydowym o wzmocnieniu szklano-węglowym. Badania stanowią wprowadzenie do prognozowania obciążeń i energii wywołujących inicjację delaminacji w kompozytach warstwowych.

18

Badania tribologiczne w warunkach posuwisto-zwrotnego ślizgania skojarzeń: żeliwo-kompozyt aluminiowo-żelazowy

Druet K., Łubiński J. I., Imielińska K.

Tribologia

|

2004

|

nr 3

83-90

PL

Przedstawiono wyniki badań tribologicznych skojarzeń: materiał kompozytowy, otrzymany poprzez mieszanie siluminu AlSi11 z proszkiem że laza albo stali narzędziowej (N9) i żeliwo 350. Próbki wykonane z takiego kompozytu (oraz - dla porównania - z siluminu AlSi11) poddano] badaniom w warunkach technicznie suchego tarcia ślizgowego w prostoliniowym ruchu posuwisto-zwrotnym, na Tribometrze TPZ-1 [L. 1,..., 5]. Badania prowadzono przy stałym nominalnym nacisku w strefie styku - 5 MPa i stałej prędkości ślizgania - 0,1 m/s. Stwierdzono zróżnicowanie zużycia próbek w zależności od rodzaju materiału i sposobu jego wytworzenia. Najszybciej zużywały się próbki siluminu. Kompozyty były odporniejsze na zużycie, przy czym dalszych badań wymaga określenie wpływu warunków ich wytwarzania na kinetykę zużycia. Stwierdzono różnice w przebiegu i wartościach zarejestrowanego współczynnika tarcia pomiędzy poszczególnymi skojarzeniami materiałowymi. Największą zmienność w teście (spadek wartości) i minimalną wartość współczynnika tarcia uzyskano w przypadku kompozytu uzyskanego poprzez 40-minutowe mieszanie siluminu z proszkiem żelaza. Silumin AlSi11 wykazał w testach najmniej zmienny przebieg współczynnika tarcia. Największe wartości współczynnika tarcia uzyskano dla kompozytów: silumin ze stalą narzędziową oraz silumin mieszany 100 minut z proszkiem żelaza (odpowiednio 0,29 i 0,27), z których drugi wykazał największy wzrost współczynnika w czasie testu. Pozostałe materiały wykazały spadkową tendencję wartości współczynnika tarcia (po ewentualnym początkowym wzroście).

EN

At the Faculty of Mechanical Engineering of the Gdansk University of Technology a research was undertaken on new metallic composites of potentially favourable tribological characteristics under reciprocating sliding. Composites were produced from ferrous powder or cutting carbon steel (N9) in cast aluminium alloy (AlSi11) matrix. A reaction between aluminium and iron was anticipated to result in strengthening phases forming in the material. The composite materials and a reference non - composite were tested on the TPZ-1 tribometer in reciprocating unlubricated sliding against cast - iron. Tests were carried out at 5 MPa surface pressure and speed of 0,1 m/s. Wear resistance was different for each material tested. The highest wear rate was exhibited by reference aluminium - silicon alloy. In composite materials the wear was slower. The exact influence of factors such as the time of mixing of the iron powder with the aluminium base material on the wear rate remains still to be established. The magnitude and the course of changes of the friction coefficient varies with the material tested. The most stable friction coefficient was observed on unmodified aluminium - silicon alloy. A simple relation between the value of the friction coefficient and the wear rate among the tested materials is still to be observed, should any exist.

19

Advanced epoxy composites of improved impact tolerance

Imielińska K., Wojtyra R.

Kompozyty

|

2004

|

R. 4, nr 9

61-67

EN

The materials aspects of improved low velocity impact tolerance have been reviewed. These include: tougher matrix systems, controlling fibre/matrix interfacial bond strength, using woven and mixed woven fibre fabrics, protective layers, stitching, Z-pinning, hybrid reinforcement, 3D structures, non-crimp fabrics NCF. For current structures, Z pinning shows the most promise, although the cost associated with this concept is currently high. For future structures, 3D woven materials show significant promise for impact tolerant design. As an illustration to the problem selected experimental results from the authors' work on low velocity impact (rebound) behaviour were presented for hybrid glass/carbon/epoxy and glass/epoxy toughened with phenolic microspheres as well as aramid-glass with three different matrix types. The results showed that toughening epoxy matrix with phenolic microspheres had positive effect on absorbed impact energy (Figs 3, 4). The second phase acts to absorb significant amount of energy during fracture through mechanisms of crack front bowing and crack splitting. Changing to a tougher resin system has a number of advantages, most notably an increase in delamination resistance. However, other mechanical properties of tougher materials tend to be reduced, particularly compression dominated properties, which may suffer due to increased matrix compliance. Protective layer of aramid-glass fabric had minor effect on impact characteristics but was found promising in terms of perforation resistance. Interlayer woven carbon/glass-fibre/epoxy composites are used in practice in the construction of composite marine crafts at critical points of the glass/epoxy structure where improved stiffness is needed. The results obtained in this study for glass/carbon composites and in the previous work show (Figs 3, 4) that interlayer woven carbon/glass-fibre/epoxy composites exhibit high impact energy absorption combined with high strength. Impact damage resistance and impact damage tolerance of glass/carbon/epoxy composites depends on the stacking sequence of the laminate.

PL

Przedstawiono przegląd sposobów poprawy tolerancji udarów w nowoczesnych laminatach polimerowych. Są to: wytrzymalsze i bardziej ciągliwe materiały osnowy, dobieranie odpowiedniego powiązania osnowy i włókien, stosowanie włókien w postaci tkanin, zszywanie preform z wielu warstw tkanin, łączenie włókien ciągłych w preformy za pomocą kompozytowych szpilek, stosowanie tkanin NCF z włókien ciągłych łączonych na grubości dodatkowym oplotem, wzmocnienie hybrydowe, warstwy ochronne z innych włókien. Jako ilustrację problemu przedstawiono niepublikowane, wybrane wyniki badań autorów naświetlające zachowanie kompozytów hybrydowych szklano-weglowych i szklanych o osnowie wzmocnionej mikrosferami z żywicy fenolowej oraz kompozytu szklanego z ochronną warstwą tkaniny aramidowo-szklanej. Wykazano, że wzmocnienie osnowy epoksydowej mikrobalonami fenolowymi ma pozytywny wpływ na absorpcję energii sprężystej (rys. rys. 3 i 4) dzięki mechanizmowi rozszczepiania końcówki pęknięcia i wyginania frontu pęknięcia. Wzmocnienie osnowy polimerowej utrudnia powstawanie delaminacji, jednak inne właściwości mechaniczne kompozytów o wzmocnionej osnowie ulegają nieznacznemu pogorszeniu. Ochronna warstwa aramidowo-szklana nie wpłynęła znacząco na poprawę absorpcji energii laminatu szklanego. Hybrydowe kompozyty wzmocnione warstwami włókien szklanych i węglowych są stosowane w praktyce w krytycznych miejscach konstrukcji kadłuba, gdzie wymagana jest podwyższona sztywność. Przedstawiono wyniki badań absorpcji energii laminatów o układzie warstw powierzchniowych: szkło/szkło/węgiel oraz węgiel/szkło i porównano z wcześniejszymi wynikami badań wpływu kolejności warstw węgiel/szkło na tolerancję udaru w próbie poudarowej wytrzymałości na ściskanie.

20

A tribological research on a reciprocating sliding contact of aluminum - ferrous composite against cast - iron

Druet K., Łubiński J. I., Imielińska K.

Journal of KONES

|

2004

|

Vol. 11, No. 1-2

120-127

EN

At the Faculty of Mechanical Engineering of the Gdańsk University of Technology a research was undertaken on new metallic composites of potentially high wear resistance in reciprocating sliding. Composites were composed of ferrous powder or cutting carbon steel (N9) in cast aluminium alloy (AlSi11) matrix. A reaction between aluminium and iron was anticipated to result in the strengthening phases forming in the material. The composite materials and a reference non - composite were tested on the TPZ-1 tribometer in reciprocating unlubricated sliding against cast - iron. Tests were carried out at 5 MPa surface pressure and speed of O.1 m/s. Wear resistance was different for each material tested. The highest wear rate was exhibited by reference aluminium-silicon alloy. In composite materials the wear was slower. The exact influence of factors such as the time of mixing of the iron powder with the aluminium base material on the wear ratę remains still to be established. The friction coefficient characteristics vary with the material tested. The most stable friction coefficient was observed on unmodified aluminium - silicon alloy. A simple relation between the value of the friction coefficient and the wear rate among the tested materials was not observed yet.