Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of Strenght Properties of Carbon Fibre-Reinforced Composites

Bondyra Agnieszka, Łusiak Tomasz

Transactions on Aerospace Research

|

2023

|

Nr 1 (270)

45--66

EN

Tensile tests were carried out on three series of composite samples according to the ASTM (American Society for Testing and Materials). The materials tested were characterised by using the same manufacturing method. The specimens were hand-laminated using MGS L285/H285 epoxy resin. The feature that differentiates the structure of each laminate series is the type of reinforcement. A biaxial fabric IMS65 CTLX with a 0/90 arrangement was used to reinforce the C-series composite specimens; for the D-series, a symmetrical fabric Interglass 02037 with a 0/90 weave was used, and for the e-series specimens, a modular fabric IMS65 with a 45 weave was used. The share of composites in the manufacture of construction products is steadily increasing. This is due to the development of new technologies for manufacturing composite elements and composites, with properties that are more and more in line with the requirements of the industry resulting from technological progress. Composite products have to meet many performance requirements. Tensile testing is used to determine some of the key mechanical properties of laminates. Fibre-reinforced polymer (FRP) composites have been used in various engineering structures for many decades. Their unique physical and mechanical properties make them a well-known, most produced and most widely used type of composite materials. In the case of fibre composites, it is the fibres that take over the basic stresses and are responsible for achieving the appropriate stiffness and strength, while the matrix ensures optimum use of the properties of the fibres and gives shape to the manufactured element. The mechanical properties of the composite and its failure process are fundamentally dependent on the high strength of the fibres, the stiffness of the matrix and the strength of the fibre-matrix interface.

2

Fibrous carbon scaffold modified by polysaccharides with potential biological activity

Gubernat Maciej, Dzierzkowska Ewa, Ścisłowska-Czarnecka Anna, Boguń Maciej, Chadzińska Magdalena, Stodolak-Zych Ewa

Engineering of Biomaterials

|

2020

|

Vol. 23, no. 158 spec. iss.

53

3

Advanced structural fibre material for single link robotic manipulator simulation analysis with flexibility

Ramalingam S., Mohideen S. Rasool

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2019

|

Vol. 13, No. 4

38--46

EN

The aim of this article is to investigate the characteristics of a composite fibre advanced materials used as a robotic link manipulator for replacement of rigid one. The composite material is combination of two and more fibre processed and bonded with epoxy, resulting hybrid form of material component with required properties which are to be analyzed for suitability with respect to its function, reliability, durability, safety and cost-effectiveness. The composites generally have high-strength, high-stiffness (graphite, kevlar, etc.) low-density (epoxy, polyvinyl) strong and stiff with lightweight. In this investigation, five different composite structural fibres are taken as a flexible link with joint flexibility for case study analysis. The rotating structural fibre link, loaded and tested different types of joint stiffness coefficients (kc). The numerical evaluations are conducted for structural fibre material for replacement rigid manipulator. The modeling of structural fibre single flexible link on the basis of Euler-Bernoulli beam theory and Lagrange’s equations of motion is studied and accurate modes of the system are obtained.

4

Influence of the Spatial Structure of Carbon Fibres on the Strength Properties of a Carbon Composite

Juraszek Janusz

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2019

|

Vol. 27, no. 3 (135)

111--115

EN

Advanced lightweight materials such as laminated composites with carbon fibres, cylindrical shells and laminated plates are used in modern civil engineering structures, such as wind power stations, as well as in the defence and automotive industries. This encourages the search for new composite structures characterised by adequately high durability and lightness. This paper determined the strains and displacements of composite specimens reinforced with carbon fibre using an innovative strain measurement method based on the fibre Bragg grating. The results of theoretical analyses were also compared using classical laminating theory and the FEM numerical method with the results of practical tests, which were carried out using the 4-point bending test, characterised by a constant bending moment between the supports and the considerable impact of shearing forces. The actual, highest values of normal stresses that the carbon fibre reinforced sample could transfer were determined. The results obtained may be useful in the design of critically stressed engineering elements, for example, civil structures.

PL

Nowoczesne lekkie materiały takie jak laminaty kompozytowe z włóknami węglowymi w powłokach cylidrycznych, płytach są stosowane w budownictwie w elektrowniach wiatrowych, przemyśle militarnym i samochodowym. Wymusza to ciągłe poszukiwanie nowych struktur kompozytowych charakteryzujących się odpowiednio dużą wytrzymałością a zarazem lekkością. W pracy przedstawiono analizę wpływu przestrzennego ułożenia wysokowytrzymałych warstw włókien węglowych na parametry wytrzymałościowe kompozytów zbudowanych na bazie tych włókien. Analizowano próbki zbrojone (wzmacniane) wysoko wytrzymałościowymi włóknami węglowymi w jednym kierunku, w dwóch ortogonalnych kierunkach oraz w dwóch kierunkach, ale obróconych względem osi próbki o 45 stopni dla 3 różnych zawartości włókien wynoszących 38, 51 i 68% udziału w kompozycie. Przedstawione udziały objętościowe włókna odpowiadały liczbie warstw włókna węglowego odpowiednio 5, 7 i 10 warstw. Badania przeprowadzono za pomocą próby zginania 4 punktowego, charakteryzującej się stałym momentem gnącym miedzy podporami i dużym udziałem sił tnących. Wyznaczono rzeczywiste największe wartości naprężeń normalnych, jakie może przenieść próbka wzmocniona włókami węglowymi. Wyznaczone wartości eksperymentalne odniesiono do wartości teoretycznych. Otrzymane wartości mogą być przydatne przy projektowaniu elementów inżynierskich przykładowo obiektów budowlanych.

5

Sprawność elastycznych protez stóp w kontekście współczesnych materiałów

Dziaduszewska M.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2018

|

Vol. 7, nr 6

407--411

PL

Klasyfikacja protez stóp opiera się głównie na ich zachowaniu w momencie kontaktu z podłożem. Pod tym względem wyróżniamy stopy sztywne oraz sprężyste, charakteryzujące się możliwością tłumienia drgań i magazynowania oraz uwalniania energii. Współczesne elastyczne protezy stóp przeznaczone dla osób wykazujących wysoką i bardzo wysoką aktywność wytwarzane są z materiałów kompozytowych zawierających włókna węglowe. W zależności od modyfikacji kompozytów stopa może uzyskać różną sprawność – stosunek energii uwolnionej do zmagazynowanej. Im większa aktywność pacjentów, tym wyższy stopień mobilności (K) i możliwość zastosowania protezy o wyższej sprawności. Nieujednolicone metody pomiarowe charakterystyki energetycznej protez powodują nieścisłości w określaniu sprawności, powodując tym samym trudności w optymalnym doborze stopy do aktywności pacjenta. W niniejszym artykule omówiono pojęcie sprawności w kontekście elastycznych protez stóp. Przedstawiono zagadnienia związane z transferem energii w trakcie chodu, a także dokonano klasyfikacji rodzaju protez stóp dostępnych na rynku z uwzględnieniem ich sprawności.

EN

Classification of foot prostheses is based mainly on their behaviour at the time of contact with the ground. In this respect, rigid and elastic feet are distinguished. Elastic feet characterized by the ability to compress vibrations, store and release energy are made of composite materials containing carbon fibres. Depending on the modification of the composites, the foot can get different efficiency – the ratio of energy released to the stored. The greater the activity of patients, the higher the degree of mobility (K) and the possibility of using a more efficient prosthesis. Non-standard measurement methods for the energy performance of prostheses cause inaccuracies in determining the efficiency, thus causing difficulties in the optimal selection of the foot to the patient’s activity. This article discusses the concept of efficiency in the context of flexible foot prostheses. Issues related to energy transfer during the walk have been presented, as well as classification of the type and efficiency of prosthetic feet available on the market.

6

Mechanical assessment of a hip joint stem model made of a PEEK/carbon fibre composite under compression loading

Dworak M., Błażewicz S.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2016

|

Vol. 18, no. 2

71--79

EN

Purpose: The aim of the work was to manufacture a composite stem model consisting of carbon fibres (CF) and polyether ether ketone (PEEK) and to perform the surface strain and stress distributions in the stem-femoral bone model under compression loading. Methods: Composite stems differing in elasticity were prepared. Three types of composite stems having different arrangements of carbon fibre reinforcements (carbon fibre roving, carbon fibre sleeves and their combinations) in the polymer matrix were made. The stems were cementless fixed in the femoral bone model channel or with the use of the polymer bone cement (PMMA). Mechanical behaviour of composite stems under compression loading was compared with a metallic stem by strain gauge measurements at different parts of stem/bone model systems. Results: The values of stresses in the proximal part of the bone model for cemented and cementless fixations of the composite stem in the femoral bone channel were higher than those noted for the metallic stem. The increase in proximal bone stress was almost similar for both types of fixation of composite stems, i.e., cemented and cementless fixed stems. Conclusions: The optimal range of mechanical stiffness, strengths and work up to fracture was obtained for composite stem made of carbon fibre sleeves and carbon fibres in the form of roving. Depending on the elasticity of the composite stem model, an increase in the stress in the proximal part of femoral bone model of up to 40% was achieved in comparison with the metallic stem.

7

Wpływ siły naciągu włókien polimerowych na opory tarcia

Brończyk A., Kowalewski P.

Tribologia

|

2015

|

nr 5

9--16

PL

W artykule przedstawiono wyniki pomiarów wartości statycznego współczynnika tarcia dla włókien polimerowych (aramidowych i węglowych) podczas współpracy ciernej z próbką litą ze stali konstrukcyjnej 18G2A dla różnych wartości siły naciągu włókien (zakres od 5 do 25 N). W trakcie pomiarów, wraz ze wzrostem siły naciągu włókien, odnotowano zbliżanie się, początkowo bardzo rozbieżnych, wartości statycznego współczynnika tarcia, aż do ich niemal całkowitego wyrównania się, gdy siła naciągu wynosiła 25 N. Zaobserwowano również ścisły związek pomiędzy naprężeniami normalnymi oraz stycznymi występującymi we włóknach.

EN

Nowadays, polymer fibres are widely used in automotive, aerospace, military, and bioengineering industries, mainly as a component to improve composite properties and for the production of laminates or special application fabrics and cables. Surprisingly, there is a lack of substantial information concerning tribological characteristics of pure fibres in the commonly available scientific literature. The experiment presented in this paper investigates the static friction coefficient (COF) of two types of friction pairs for different values of fibre loading forces (from 5 to 25 N): (1) a carbon fibre bundle with a constructional steel rod and (2) an aramid fibre bundle with a constructional steel rod. For low values of fibre tensioning forces, significant differences between aramid and carbon fibres in static COF values were observed. As the value of the tension force grows, static COF values become more and more similar, and finally at 25 N, they were approximately equal. Due to the fibres specific structure, they reveal an interesting feature: tension in fibres in normal direction simultaneously causes tension in their longitudinal direction.

8

Wybrane zagadnienia z badań nad zastosowaniem włókien węglowych jako elektrod narzędziowych w mikroobróbce elektroerozyjnej

Trych-Wildner A.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 12CD1

1--4

PL

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia z badań nad zastosowaniem włókien węglowych jako elektrod narzędziowych w mikroobróbce elektroerozyjnej. Jest to materiał dotychczas nie używany na elektrody w tym zastosowaniu. W artykule opisano specjalne stanowiska, zaprojektowane do przeprowadzenia eksperymentów oraz metodykę prowadzenia badań. Zaprezentowano również rezultaty drążenia mikrootworów oraz scharakteryzowano geometrię tak otrzymanych wgłębień.

EN

In this article selected issues describing an utilisation of carbon fibres as tool electrodes in microelectrical discharge machining were presented. Carbon fibres have not been previously used in such application. The paper presents an experimental setup designed to perform the experiments and the methodology of the tests. Then microholes obtained in this process were presented and their geometry was characterised.

9

Włókna węglowe pokryte niklem w funkcji elektrod narzędziowych w mikroobróbce elektroerozyjnej

Trych A.

Mechanik

|

2015

|

R. 88 nr 4CD

98--101

PL

W artykule przedstawiono zastosowanie włókien węglowych z dodatkowym pokryciem niklowym jako elektrod narzędziowych w mikroobróbce elektroerozyjnej. Omówiono specjalną konstrukcję i technologię elektrod, których średnice mają ok. 7,5 μm. Przedstawiono również opis stanowiska do badań i metodykę prowadzenia eksperymentów. Opisano eksperymenty mające na celu analizę zużycia elektrod w zależności od parametrów procesu mikroobróbki elektroerozyjnej. Następnie porównano wyniki z danymi otrzymanymi na podstawie eksperymentów dotyczących włókien bez pokrycia.

EN

Within this work carbon fibres covered with thin nickel layer were used as tool electrodes in micro electrical discharge machining. The special design and technology of such electrodes with 7.5 μm diameter were described. The experimental setup was also introduced with the methodology of experiments. Experiments analysing wear of electrodes according to input parameters were discussed. Then, they were compared with results obtained from experiments with carbon fibres without nickel coating.

10

Konstrukcje mostowe z materiałów kompozytowych

Balke K., Kurzydłowski K.

Mechanik

|

2015

|

R. 88, nr 7

501--504

PL

Pierwsze elementy konstrukcyjne z materiałów kompozytowych zastosowano w budownictwie na przełomie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku. W Polsce względnie niedawno zintensyfikowano badania w dziedzinie konstrukcji mostowych i opracowano pierwsze projekty z wykorzystaniem kompozytów. W pracy przedstawiono założenia i kryteria doboru kompozytowych materiałów polimerowych oraz struktury konstrukcji prototypu kładki dla pieszych.

EN

Structural members made from composite materials were introduced in building industry at the turn of 60s and 70s of the 20th century. In Poland research studies in the field of composite material bridge structures were undertaken just recently with the first projects of composite material structures following. Presented in the paper are basic requirements as well as criteria for selection of the fiber reinforced polymer materials and an example of pedestrian bridge structure.

11

Surface modification of carbon fibres using plasma technique

Käppler I., Hund R D, Cherif C.

Autex Research Journal

|

2014

|

Vol. 14, no. 1

34--38

EN

For the development of a new generation non-crimp fabrics (NCF) made of carbon fibres, a feasibility study of different characterisation methods and surface treatments of the used carbon fibres needs to be performed. In order to join the carbon fibre layers with the binder for realising this new type of NCF, the surface topography and functionality of the fibres have to be analysed first. The wettability of the binder to the carbon fibre surface is of prime significance and needs to be enhanced. Here, the enhancement is carried out by improving the surface energy using atmospheric plasma of compressed air, argon and nitrogen. It is also proposed to improve the surface energy through chemical techniques.

12

Manufacturing with Application of Gpi Method and Selected Properties of Al Matrix Composites Reinforced Unidirectionally and Three-Directionally with Carbon Fibres

Wojtaszek M., Czulak A.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 4

1539--1546

EN

The discussion of the possibility of application of the GPI (gas pressure infiltration) process to the manufacturing of composites based on selected aluminium alloys reinforced with carbon fibres coated with nickel protective layer, as well as the determination of selected properties of materials obtained using this technique, is presented in the article. The composites reinforced unidirectionally (UD) were produced, the suitable volume fraction of fibres was determined and the proper forming parameters were established. Basing on the obtained results, with application of the same components, the composites reinforced three-directionally (3D) were subjected to infiltration. The preforms were designed and prepared using plaiting and joining methods. The GPI process parameters were verified for the assumed fibre arrangement. Thermal expansion of matrix alloys and composites obtained with application of most favourable parameters was determined and the influence of fibre arrangement and chemical composition of the matrix on the obtained results was analysed. The comparative abrasion tests with application of different velocities were performed for the selected alloy and the composite reinforced unidirectionally. In order to evaluate the changes taking place in the matrix during infiltration, the analysis of chemical composition of composites was performed for materials reinforced unidirectionally, as an example. The correctness of distribution of fibres in the composite matrix was also evaluated by means of microstructure observation as well as non-destructive testing with application of computed tomography technique. The results obtained during the investigations provide information concerning suitability and limitations of the GPI method to the manufacturing of light structural parts from the proposed components.

PL

W pracy podjęto próbę oceny możliwości stosowania procesu infiltracji gazowej do wytwarzania kompozytów na osnowie wybranych stopów aluminium, umocnionych włóknami węglowymi pokrytymi warstwą ochronną niklu a także określenia wybranych właściwości otrzymanych w ten sposób materiałów. Wykonano kompozyty umocnione jednokierunkowo, określono odpowiedni dla nich udział objętościowy włókien i wyznaczono właściwe parametry ich formowania. W oparciu o otrzymane wyniki oraz stosując te same komponenty przeprowadzono proces infiltracji kompozytów umocnionych trójkierunkowo. Do tego celu zaprojektowano i przygotowano preformy z wykorzystaniem metod wyplatania oraz łączenia. Parametry procesu GPI zweryfikowano dla tak przyjętego układu włókien. Określono rozszerzalność termiczną stopów osnowy oraz kompozytów otrzymanych przy zastosowaniu najkorzystniejszych parametrów, ocenie poddano wpływ ułożenia włókien oraz składu chemicznego osnowy na otrzymane wyniki. Dla wybranego stopu i otrzymanego na jego osnowie kompozytu umocnionego jednokierunkowo wykonano porównawcze badania odporności na zużycie ścierne, które prowadzono przy różnej prędkości realizacji testów. W celu oszacowania zmian zachodzących w osnowie podczas infiltracji wykonano na przykładzie tworzyw umocnionych jednokierunkowo analizę składu chemicznego kompozytów. Ocenie poddano także poprawność rozlokowania włókien w osnowie kompozytów, prowadząc w tym celu obserwacje mikrostruktury oraz badania nieniszczące z wykorzystaniem metody tomografii komputerowej. Otrzymane podczas badań wyniki stanowią informację na temat przydatności i ograniczeń w stosowaniu metody GPI do wytwarzania z zaproponowanych komponentów elementów lekkich konstrukcji.

13

Wpływ utleniania podłoża niklowego na zwilżanie w układzie stop przemysłowy 226D/Ni

Kudyba A., Sobczak N., Siewiorek A., Homa M.

Prace Instytutu Odlewnictwa

|

2013

|

T. 53, z. 3

27--44

PL

Celem badań było określenie wpływu czynników technologicznych (obróbka powierzchniowa oraz czas kontaktu), na kinetykę zwilżania podłoży niklowych przez ciekły stop aluminium. Badania kinetyki zwilżania przeprowadzono w próżni w temperaturze 700°C, stosując metodę kropli leżącej, z zastosowaniem procedury badawczej CP (capillary purification). Polega ona na osobnym nagrzewaniu badanej pary materiałów przy jednoczesnym oczyszczaniu kropli metalu z powłoki tlenkowej poprzez wyciskanie ciekłego metalu z kapilary grafitowej. Do badań stosowano stop przemysłowy 226D (Al osnowa, Si 10,75%, Cu 3,3%, Fe 0,75%, Mn 0,215%, Mg 0,2%, Zn 0,23%) oraz polerowane podłoża niklowe (Ni 99,8%) przed i po utlenieniu w temperaturze 200°C w czasie 2 godzin (Niox). Poprzeczne przekroje próbek po badaniach zwilżalności poddano próbom wytrzymałości na ścinanie, a także wykonano pomiary mikrotwardości oraz obserwacje strukturalne na mikroskopie świetlnym i skaningowym w celu wyjaśnienia struktury granic rozdziału 226D/Ni oraz 226D/Niox.

EN

The aim of this study was to determine the impact of technological factors (surface treatment and contact time) on the kinetics of wetting of nickel substrates by a liquid aluminum alloy. Wetting kinetics studies were carried out in vacuum at 700°C with a sessile drop method, using the CP (capillary purification) test procedure. The CP procedure involves heating separately a pair of test materials, while a drop of metal is cleaned from the oxide coating by pressing the melt through the graphite drip. Tests were carried out on the industrial alloy 226D (Al base, Si 10.75%, Cu 3.3%, Fe 0.75%, Mn 0.215%, Mg 0.2%, Zn 0.23%), and pellets of freshly polished nickel (Ni 99.8%) and nickel oxidized at 200°C for 2 hours (Niox). After wettability tests the transverse sections of the solidified samples were subjected to shear strength trials, measurements of microhardness and structural observations by light microscopy and scanning electron microscopy in order to clarify the structure of phase boundaries in 226D/Ni and 226D/Niox pairs.

14

PAN Precursor Fibres Containing Multi-Walled Carbon Nanotubes

Szparaga G., Mikołajczyk T., Fraczek-Szczypta A.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2013

|

Vol. 21, no. 6 (102)

33--38

EN

The spinning conditions of wet spun polyacrylonitrile (PAN) fibres containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated. On the basis of images from a transmission electron microscope, it was shown that the MWCNTs are well dispersed in the fibre matrix as well as straightened and oriented in the direction of the fibre axis. The presence of MWCNTs in the fibre matter caused an increase in the crystallinity of the precursor fibres and a decrease in their porosity. The tenacity of the composite fibres was lower than that of pure PAN fibres, which was caused by the fact that carbon nanotubes hindered deformation in the drawing stages, resulting in a lower draw ratio possible to be obtained of composite fibres compared to standard fibres. For the PAN precursor fibres obtained a two stage carbonisation process was conducted: The first stage was conducted in an oxidative atmosphere (at 140 °C for 5 hours and then at 200 °C for 6 hours in air). The second stage was conducted in an inert atmosphere (at 1000 °C for 5 minutes in argon atmosphere). The strength of carbon fibres containing MWCNTs obtained shows, in the majority, no significant differences in comparision to reference fibres without MWCNTs. However, the tensile strength was lower.

PL

Zbadano wpływ warunków formowania włókien poliakrylonitrylowych (PAN) zawierających wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT) otrzymywanych metodą z roztworu na mokro. Na podstawie obrazów uzyskanych z mikroskopu transmisyjnego stwierdzono, iż nanorurki węglowe są dobrze rozproszone w tworzywie włókien i zorientowane w kierunku osi włókna. Obecność nanorurek węglowych w tworzywie włókien skutkowała wzrostem stopnia krystaliczności włókien oraz obniżeniem ich porowatości. Wytrzymałość właściwa włókien kompozytowych była niższa w porównaniu do wytrzymałości włókien niezawierających nanorurek węglowych. Było to spowodowane faktem, iż nanorurki węglowe utrudniały procesy deformacyjne podczas rozciągu, co skutkowało niższą wartością rozciągu całkowitego uzyskiwanego dla włókien kompozytowych w porównaniu do włókien bez nanorurek węglowych. Dla uzyskanych włókien węglowych przeprowadzono dwuetapowy proces karbonizacji: pierwszy etap w atmosferze utleniającej (w temp. 140 °C w czasie 5 godzin, a następnie w 200 °C w czasie 6 godzin, w atmosferze powietrza), drugi etap w atmosferze argonu (w temp. 1000 °C w czasie 5 minut). Dzięki zastosowaniu nanorurek węglowych niestety nie uzyskano spodziewanego istotnego polepszenia wytrzymałości włókien węglowych.

15

Hyaluronic Acid-Coated Carbon Nonwoven Fabrics as Potential Material for Repair of Osteochondral Defects for medical applications

Rajzer I., Menaszek E., Bacakova L., Orzelski M., Błażewicz M.

Fibres & Textiles in Eastern Europe

|

2013

|

Vol. 21, no. 3 (99)

102--107

EN

Damaged articular cartilage is known to have poor capacity for regeneration. Carbon fibres (CFs) have been widely investigated as cellular growth supports in cartilage tissue engineering. However, the long duration of the process of cartilage restoration limits the applicability of CFs implants in the treatment of cartilage tissue defects. Hyaluronic acid (HA) plays a key role in cartilage tissue development, repair and function. In the present study we focused on the in vitro and in vivo evaluation of two types of carbon nonwoven fabrics: HA modified and non-modified carbon nonwovens. The results of in vitro studies showed that cells attached well and retained their good viability in the carbon nonwoven matrix. The incorporation of hyaluronic acid resulted in the enhancement of cell proliferation. The results of in vivo studies showed a faster process of tissue regeneration in the case of HA modified carbon nonwovens. The results presented indicated that HA-modified carbon materials seem to be a suitable material for the treatment of osteochondral defects.

PL

Uszkodzona chrząstka stawowa posiada słabą zdolność do regeneracji. Od lat prowadzone są badania nad zastosowaniem włókien węglowych w inżynierii tkankowej chrząstki, jako podłoży podtrzymujących wzrost komórek. Niestety długi proces odbudowy chrząstki w obrębie implantu węglowego ogranicza możliwość zastosowania włóknin węglowych w leczeniu ubytków chrzęstnych. Kwas hialuronowy (HA) jest składnikiem chrząstki odpowiedzialnym za jej właściwy rozwój oraz proces regeneracji. Modyfikacja włóknin kwasem hialuronowym może w korzystny sposób wpłynąć na własności biologiczne implantów węglowych. W pracy przedstawiono wyniki badań in vitro oraz in vivo nad włókninami węglowymi modyfikowanymi kwasem hialuronowym oraz nad włókninami niemodyfikowanymi. Z przeprowadzonych badań in vitro wynika, że modyfikacja włóknin węglowych kwasem hialuronowym powoduje wzrost proliferacji komórek hodowanych na tych materiałach. Natomiast wyniki badań in vivo wykazały, że proces regeneracji tkanki następuje szybciej w przypadku włóknin węglowych modyfikowanych kwasem hialuronowym niż w przypadku włóknin niemodyfikowanych. Przeprowadzone badania wskazują, że włóknina węglowa modyfikowana kwasem hialuronowym może być rozważana jako potencjalny materiał w leczeniu ubytków kostno-chrzęstnych.

16

Axial compressive strength testing of single carbon fibres

Kumar I. P., Mohite P. M., Kamle S.

Archives of Mechanics

|

2013

|

Vol. 65, nr 1

27-43

EN

In this study the tensile recoil test – an experimental technique to find the axial compressive strength of single fibres is discussed and the axial compressive strength of single carbon fibres has been determined for a fixed gauge length. Several fibres were tested at different stress levels and the data obtained regarding the failure of the fibre due to initiation of recoil compressive stress was used to determine the strength in compression. The recoil test data was evaluated using usual statistical and probabilistic models. Probabilistic Weibull and logistic models were used to evaluate the compressive strength distribution obtained from the recoil test. The axial compressive strengths of single carbon fibre predicted by all models are in good agreement with each other and the probabilistic models are very close to each other. The compressive strength of carbon fibres, is calculated as 869 MPa, which is very close to the value reported in the literature obtained by this method.

17

Włókna prekursorowe z nanokompozytu PAN do zastosowań medycznych i technicznych

Szparaga G.

Zeszyty Naukowe. Włókiennictwo / Politechnika Łódzka

|

2012

|

z. 69

41--53

PL

W trakcie realizacji badań opracowano warunki wytwarzania dwóch typów prekursorowych włókien z nanokompozytu poliakrylonitrylu przeznaczonych, w zależności od rodzaju wprowadzonego nanododatku, do zastosowań medycznych bądź technicznych uzyskanych z nich włókien węglowych. W grupie włókien prekursorowych do zastosowań medycznych opracowano warunki wytwarzania włókien zawierających nanododatek srebra bądź układ dwóch nanododatków: srebro i hydroksyapatyt. Przewiduje się, iż włókna węglowe uzyskane z tego typu włókien nano-kompozytowych będą wykazywać działanie anty bakteryjne, bądź oprócz działania antybakteryjnego będą wykazywać dodatkowo działanie osteo-konduktywne, stanowiąc rusztowanie dla odbudowy tkanki kostnej. W grupie włókien prekursorowych do zastosowań technicznych opracowano warunki wytwarzania nanokompozytowych włókien PAN zawierających wielościenne nanorurki węglowe. Przewiduje się, iż obecność we włóknach prekursorowych uporządkowanych struktur węglowych już na etapie karbonizacji, może przyczynić się do uzyskania struktur grafitopodobnych we włóknach węglowych po procesie karbonizacji. W oparciu o wstępne próby karbonizacji włókien zawierających nano-srebro i układ dwóch nanododatków (srebra i hydroksyapatytu) stwierdzono, iż właściwości wytrzymałościowe uzyskanych z nich włókien węglowych są na poziomie odpowiednim do ich zastosowań medycznych. Wyższym poziomem wytrzymałości odznaczają się włókna węglowe przeznaczone do zastosowań technicznych, uzyskane z prekursora zawierającego nanorurki węglowe.

EN

Research of the conditions of manufacturing two types nanocomposite PAN precursor fibers was developed. Depending on the type introduced nanoadditive to the PAN fibres, the carbon fibres obtained on their basis will be used for medical or technical applications. In the group of the precursor fibers for medical applications the manufacturing conditions has been developed for fibers containing silver or a system of two nano-additives: silver and hydroxyapatite. It is expected that the carbon fibers obtained from this type of nanocomposite fibers will exhibit antibacterial, or antibacterial and osteoconductive activity, acting as scaffold for bone reconstruction. In the group of the precursor fibers for technical applications developed conditions for the production of nanocomposite PAN fibers containing multiwalled carbon nanotubes. It is expected that the presence of the oriented carbon structures (carbon nanotubes) in precursor at the stage of carbonization, can contribute to a graphite like structure of fibres already in the carbonization process. Based on the initial testing of carbonized fibers containing nano-silver and a system of two nano-additives (silver and hydroxyapatite) it was shown that the tensile properties of obtained carbon fibers are adequate for their medical use (500 MPa). Higher level of strength was obtained in case of the carbon fibers obtained from a precursor containing carbon nanotubes (900 MPa).

18

Idea of the experimental stand for micro-electrical discharge machining using carbon fibres as the tool electrodes

Trych A., Markiewicz S.

Journal of Machine Engineering

|

2012

|

Vol. 12, No. 2

105--110

EN

The paper deals with the idea and design solutions for a special experimental stand and consequently a preliminary study of the future machine tool for micro-electrical discharge machining with carbon fibre as tool electrodes. The main requirements are introduced and, particularly for such purpose unusual conditions that must be assured are presented. Solutions that were used as well as some initial concepts are discussed and assessed. The paper is enriched with an extensive illustrative material of designed solutions for each important part responsible for the proper functioning of the respective components. The evaluation of existing solutions as well as the further issues that must be developed are analyzed.

19

The effect of reinforcing fabric type on mechanical performance of laminar FR epoxy composite

Kozioł M.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 1

60-65

EN

The scope of the study is the experimental evaluation of the effect of the main characteristics of fabrics used as a reinforcement of polymer matrix composites on the mechanical performance of composites. The characteristics taken into consideration are: (1) fibre material - Kevlar, carbon, glass, (2) areal weight - 90 and 300 g/m2; only for glass fibre, (3) reinforcement form - plain weave fabric, chopped mat; only for glass fibre, (4) weave type - plain, twill; only for carbon fibre, (5) tow size K - 2, 3, 12; only for carbon fibre. Static flexural tests were conducted for all the specimens. The flexural strength (Rg), flexural modulus (Eg) and the strain by maximum load obtained during bending (Epsilon) have been determined. It was found that the material of reinforcing fibres has an essential effect on the mechanical performance of a laminate. Laminates reinforced with carbon fibres had/obtained/achieved thegreatest Rg and Eg. Glass-reinforced (GFRP) laminates performed slightly better in comparison to Kevlar-reinforced ones. However, the Kevlar-reinforced laminates showed the highest deformability at high load. An increase in areal weight of a reinforcing fabric causes a growth in the Rg and Eg and a decrease in deformability of a GFRP laminate. The reinforcement form evidently affects the mechanical performance of a laminate. The GFRP 0/90 fabric reinforced laminate showed an Rg half higher in comparison to the equivalent chopped-matt reinforced one. The twill carbon fabric FRP laminate showed a slightly lower Rg and Eg, whilst a bit higher deformability in comparison to the plain weave carbon fabric FRP one. The tow size K practically does not affect the strength or deformability of a CFRP laminate. However, an increase in K causes a drop in the elastic modulus of the composite.

PL

Celem pracy jest eksperymentalna ocena wpływu podstawowych cech tkanin wzmacniających na właściwości mechaniczne wytworzonych laminatów o osnowie polimerowej. Cechy tkanin, które wzięto pod uwagę podczas oceny, to: (1) materiał tkaniny - poliaramid, węgiel, szkło, (2) gramatura tkaniny - 90 oraz 300 g/m2; tylko włókno szklane, (3) postać wzmocnienia - płótno, mata; tylko włókno szklane, (4) rodzaj splotu - płócienny, skośny; tylko włókno węglowe, (5) K tkaniny (ilość elementarnych włókien w paśmie rowingu) - 2, 3 oraz 12; tylko włókno węglowe. Dla wszystkich materiałów przeprowadzono próby zginania statycznego. Wyznaczono: wytrzymałość na zginanie (Rg), moduł przy zginaniu (Eg) oraz odkształcenie względne przy maksymalnym obciążeniu w próbie zginania (Epsilon). Stwierdzono, że materiał włókien wzmacniających ma podstawowe znaczenie dla właściwości wytrzymałościowych i sprężystych kompozytu. Laminat wzmocniony włóknem węglowym wykazał najwyższe Rg oraz Eg spośród badanych. Laminat z włóknem szklanym wykazał wyższy poziom właściwości od kompozytu wzmocnionego poliaramidem. Kompozyt poliaramidowy ma z kolei najwyższą spośród badanych laminatów odkształcalność przy dużym obciążeniu. Wzrost gramatury tkaniny wzmacniającej powoduje polepszenie Rg oraz Eg i jednoczesny spadek odkształcalności laminatu z włóknem szklanym. Postać wzmocnienia bardzo znacząco wpływa na właściwości wytrzymałościowe i sprężyste laminatu wzmacnianego włóknem szklanym. Kompozyt wzmacniany tkaniną krzyżową wykazał Rg o połowę wyższą w porównaniu z ekwiwalentnym laminatem wzmocnionym matą. Laminat wzmocniony satynową tkaniną węglową wykazał nieznacznie niższe wartości Rg oraz Eg, ale nieco wyższą odkształcalność w porównaniu z laminatem wzmocnionym tkaniną płócienną. Wielkość pasma rowingu K praktycznie nie ma wpływu na wytrzymałość i odkształcalność laminatu z włóknem węglowym. Jednakże, wzrost K powoduje dość wyraźny spadek modułu kompozytu.

20

Low velocity impact resistance of aluminium/carbon-epoxy fiber metal laminates

Bieniaś J., Jakubczak P.

Composites Theory and Practice

|

2012

|

R. 12, nr 3

193-197

EN

Fiber metal laminates are a new kind of hybrid materials. There are good candidates for advanced aerospace structural applications due to their high specific mechanical properties. The study researches the resistance to low-velocity impact of hybrid laminates based on aluminum alloys and a carbon/epoxy composite (Al/CFRP). These are completely new materials which have higher strength properties compared to other materials of this type (GLARE, ARALL), high fatigue strength, low weight, etc. The tested laminates were prepared by the autoclave method, which provides the best possible and repeatable quality of the received components. The laminates were analysed in terms of a comparison of their impact resistance according to different layer configurations and different energy levels. The laminates response to low velocity impact using a hemispherical tipped impactor (diameter 12.7 mm) were analyzed. The variation of the impact load as a function of force-time for different layer systems at each energy level was determined. After the tests, the damage zone was evaluated by using ultrasonic and image analysis methods. On this basis the dependencies of the damage zone area and maximum depth of the deformation depending on the layer configurations and energy level were determined. It was noted that Al/CFRP laminates are innovative materials characterized by high impact damage resistance (at low-velocity) because of the superior properties of both metals and fibrous composite materials with strong adhesion bonding. There is a combination of high stiffness and strength from the carbon/epoxy composite layers and good mechanical, ductile properties from aluminum. Generally, specific parameters such as incipient load (Pi), peek load Pm, maximum depth and damage area increased with impact energy. For lower impact energies (up to 10 J) and the first stage of the impact process, minor matrix cracking and delamination in the polymer composite and at the aluminum/composite interface may be observed. However, as the impact energy increased, fiber failures were observed to be the dominant damage mode. The first crack of FMLs (on the back side) was connected with the fiber directions in the finally layer of the carbon epoxy composite. The ply configuration (fiber directions) in Al/CFRP laminates has been particularly important for their impact resistance. The FML with (0/90) and ((± 45) ply sequences in the carbon fiber reinforced composite have the best behavior followed by the (0) configuration.

PL

Laminaty metalowo-włókniste (FML) są nowoczesnymi materiałami hybrydowymi mającymi potencjalnie szerokie zastosowanie w technice lotniczej ze względu na wysokie właściwości mechaniczne (szczególnie wytrzymałość zmęczeniową, odporność na uderzenia). W pracy scharakteryzowano odporność na uderzenia (impact) przy niskiej prędkości laminatów metalowo-włóknistych na bazie stopu aluminium i kompozytu węglowo-epoksydowego (Al/CFRP). Materiały te, będące w sferze zainteresowań przemysłu lotniczego, powstały na podstawie prowadzonych badań i zastosowań innych laminatów FML (typu GLARE oraz ARALL). Badane laminaty Al/CFRP wytworzono metodą autoklawową, zapewniającą możliwie najwyższą i powtarzalną jakość otrzymanych elementów. Laminaty charakteryzowano pod kątem porównania ich odporność na impact w zależności od konfiguracji warstw [(0), (0/90), (± 45)] i energii uderzenia (10 J, 20 J, 25 J). Zastosowano urządzenie typu drop-weight oraz półsferyczny impactor o średnicy 12,7 mm (0,5"). Wyznaczono przebieg siły uderzenia w czasie, siłę maksymalną oraz siłę, przy jakiej występuje początek procesu zniszczenia materiału (Pi). Ocenie poddano także strefę zniszczenia metodami ultradźwiękowymi oraz technikami analizy obrazu. Określono obszar zniszczenia oraz głębokość odkształcenia w stosunku od układu warstw i energii uderzenia. Odnotowano, że laminaty Al/CFRP charakteryzują się wysoką odpornością na impact (przy niskich prędkościach uderzenia) związaną z właściwościami poszczególnych komponentów: sprężysto-plastycznego metalu i wysoką sztywnością kompozytu epoksydowo-węglowego. Wartości siły maksymalnej, inicjacji uszkodzenia, maksymalnego odkształcenia i strefy zniszczenia wzrastają wraz ze wzrostem energii uderzenia. Przy energiach nieprzekraczających 10 J odnotowano delaminacje pomiędzy aluminium i kompozytem oraz pękanie osnowy kompozytu polimerowego. Kierunek pękania badanego laminatu FML jest ściśle związany z kierunkiem ułożenia warstw w kompozycie polimerowym. Konfiguracja warstw kompozytu w laminacie Al/CFRP ma bezpośrednie znaczenie na odporność na impact. Laminaty (0/90) i (š45) charakteryzują się wyższą odpornością na impact w porównaniu do laminatów o jednokierunkowym ułożeniu warstw (0) w kompozycie epoksydowo-węglowym.