Wytwarzanie i badanie kompozytowych próbek rurowych wzmocnionych włóknem szklanym

• Autorzy: Błażejewski, W. , Hufenbach, W. , Czulak, A. , Bohm, R.

Warianty tytułu

EN

Munufacture and test of composite tube specimens with braided glass fiber reinforcement

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kompozyty wzmocnione włóknem szklanym, a także węglowym oferują bardzo duże możliwości w konstrukcjach lekkich, a w szczególności w przemyśle lotniczym, samochodowym i chemicznym. W tym ostatnim dzięki doskonałym własnościom wytrzymałościowym i odpowiedniej odporności na działanie związków chemicznych obok elementów rur stalowych często wykorzystuje się elementy warstwowo wzmocnionych rur hybrydowych. Ich struktura nośna składa się ze zbrojonych włóknami szklanymi tworzyw termo- i chemoutwardzalnych. Tego rodzaju instalacje z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym służą przede wszystkim do transportu związków chemicznych, odprowadzania ścieków przemysłowych, doprowadzenia wody przemysłowej, ale także wykorzystuje się je jako rury kanalizacyjne oraz elementy odciągów powietrza lub gazów technicznych. Dodatkowo do specjalnych zastosowań można użyć jako osnowy różnorodnych reaktywnych, termo-i chemoutwardzalnych żywic, takich jak: nienasyconej żywicy poliestrowej lub winylowej posiadającej dobrą trwałość chemiczną. W ostatnim czterdziestoleciu nastąpiła zasadnicza poprawa własności komponentów materiałów zbrojonych, dzięki czemu poszerzył się obszar zastosowania tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami szklanymi. W ramach rozwoju odpowiednich systemów łączenia oraz procesów produkcyjnych zalecane jest współdziałanie czynników ekonomicznych z zachowaniem odporności na korozję oraz obniżeniem masy elementów. Dotychczas stosowanymi technikami wytwarzania hybrydowych rur wzmocnionych włóknem szklanym były nawijanie oraz produkcja ręczna, które w zastosowaniach przemysłowych nie odgrywały znaczącej roli. Posiadały one ograniczenia szybkości produkcji, długości i kształtów elementów, a także miały wysokie koszty wytwarzania. Alternatywą do wspomnianych technik jest metoda wytwarzania rur z wykorzystaniem plecionych rękawów. W pracy podano techniki wytwarzania próbek rurowych w celu późniejszych badań i oceny (określenie parametrów technicznych) włóknistego materiału. Próbki mogą służyć do prowadzenia badań na skręcanie, rozciąganie i ciśnienie wewnętrzne, a także kombinacje wymienionych. Autorzy mają doświadczenie w wykonywaniu próbek metodą nawijania lub laminowania z użyciem rękawów utkanych z włókien wzmacniających. Celem pracy jest optymalizacja procesu wytwarzania kompozytowych próbek rurowych (rys. 1). Po wykonaniu rurek kompozytowych przeprowadzono również testy ciśnieniowe przy użyciu gumy jako medium roboczego, a także próby ściskania gumy w próbce rurowej o bardzo grubej ściance (nieodkształcalnej). W obu przypadkach wykorzystano również metodę emisji akustycznej (rys. 6).

EN

The reinforced composites offer a - not jet utilized - lightweight potential for innovative lightweight applications. One of the most frequent occurring problems in the design of composites structures with textile reinforcement is the determination of directional mechanical properties of composite materials. Here, the material characteristics of matrix material and fibers given by manufacturer are not helpful in the design process, because of different manner of treatment used during manufacturing by various producers. Thus, before the design and realization of a composite prototype structure it is necessary to conduct experiments in order to valuate the composites materials properties. Here, it is important to use the same production technique in preparing the samples as in the prototype manufacture, so that the manufacture influence can be assessed. The determination of strength related properties and a subsequent failure analysis of reinforced composites require advanced tests under uni-axial and multiaxial loading conditions. In the production process of composite tubular samples the composite material is put onto the cylindrical core (diameter: 40 mm), using winding or woven sleeves methods. The basic method of production of tube specimens, is showed in Figures 2 and 3. In the next step various finishing techniques have been tested for removing the resin overflow, air includes and flattening of impregnated fibre layers, achieving a smooth and homogenous outer surface. The chosen technique should be optimal in consideration of repeatability and costs of production. The basic method of various finishing techniques of tube specimens, is showed in Figures 4 and 5. Here, the tests pressure was achieved by the use of rubber as working medium. A heap of cylindrical rubber blocks with a height of 100 mm was put into the pipe. This heap was compressed bilaterally by steel pushers fixed in clamped support of tension testing machine (Fig. 6). During this investigation the size of dislocation of rammers and increase of the compression force was recorded. Acoustic emission and the size of dislocation were the parameters of the destruction level of the composite material. It was recognized, that investigation of the strength torsion, tension, compression, internal pressure (as well as combination of mentioned) on used tubular samples have the smallest mistake consequential from preciseness of realization of the samples, because of the specific mechanical processing (e.g. cut), the kind of load etc. Within the manufacture process the best finishing techniques is the wrapping around with textile tape. This technology assures the good extraction of excess of impregnate, extraction of the air includes, flattening the layers of composite. The comparison of the investigation methods, depending on the pressure of rubber inside of tubular sample, is satisfying using selected techniques of production. Here, following criteria were used: pressure force, size of acoustic signal in load function as well as appearance of specimen.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt; włókno szklane; naprężenia; badania

EN

composite; composite tube AE; stress state; investigation

• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 5, nr 4
• Strony: 67-71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., wykr., rys.

Twórcy

autor

Błażejewski, W.

• Politechnika Wrocławska, Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej, ul. Smoluchowskiego 25, 50-370 Wrocław

autor

Hufenbach, W.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Dürerstraße 26, D-01062 Dresden

autor

Czulak, A.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Dürerstraße 26, D-01062 Dresden

autor

Bohm, R.

• Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Dürerstraße 26, D-01062 Dresden

Bibliografia

• [1] Błażejewski W., Chmielarczyk P., Langkamp A., Ciśnieniowe badania rur kompozytowych w złożonym stanie naprężeń, XIX Sympozjum Mechaniki Eksperymentalnej Ciała Stałego, Jachranka, 18-20 października 2000.
• [2] Hufenbach W., Kroll L., Laminated cylindrical shells under mechanical and hygro-termal loads, Advances in Engineering Software 1995, 23, 83-88.
• [3] Hufenbach W., Kroll L., Böhm R., Langkamp A., Czulak A., Piping elements from textile reinforced composite materials for chemical apparatus construction, 12th International Scientific Conference Achievements in Mechanical & Materials Engineering, Zakopane, 7-10.12.2003, 391-398.
• [4] Hufenbach W., Kroll L., Böhm R., Langkamp A., Rohrleitungselemente aus textilverstärkten Verbundwerkstoffen für den chemischen Apparatebau, Chemie Ingenieur Technik 2004, 76(7), 898-902.
• [5] Zając P., Błażejewski W., Czulak A., Böhm R., Badania kompozytowych próbek rurowych do oceny własności materiału kompozytowego, Materiały Polimerowe Pomerania Plast 2004, Międzyzdroje, 2-4.6. 2004.
• [6] Kroll L., Hufenbach W., Physically based failure criterion for dimensioning of thich-welled laminates applied, Composite Materials 1997, 4, 321-332.
• [7] Błażejewski W., Ciśnieniowe badania niszczące kompozytowych rur nawijanych, VI Krajowa Konferencja Mechaniki Pękania, Politechnika Świętokrzyska, 62, Kielce Ameliówka, 22-24 września 1997, 43-50.
• [8] Chmielowski W., Określanie własności materiałowych długowłóknistego kompozytu polimerowego, praca dyplomowa, IMiMT Politechnika Wrocławska, Wrocław 2002.