Üç boyutlu yazıcı ile üretilen poliamid (PA) katmanlar ile güçlendirilmiş karbon fiber/epoksi kompozitlerin mekanik performansı

Abstract

Bu çalışmanın amacı, 3D baskılı poliamid (PA) ara katmanlar ekleyerek geleneksel karbon fiber/epoksi kompozitlerin delaminasyon direncini artırmaktır. Referans ve PA ara katmanlı karbon fiber/epoksi laminantlar vakum destekli reçine transfer kalıplama tekniği ile üretilmiştir. 3D baskılı PA ara katmanların karbon fiber/epoksi kompozitlerin hem Mod-I hem de Mod-II kırılma tokluğu üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Ayrıca, kompozitlerin kesme ve eğilme özellikleri kısa kiriş kesme ve üç nokta eğme testleri ile değerlendirilmiştir. PA ara katmanlarının kompozit laminantların arıza modları üzerindeki etkisini incelemek için akustik emisyon verileri toplanmıştır. Referans ve PA takviyeli kompozitlerin termomekanik tepkisini incelemek için dinamik mekanik analiz (DMA) kullanılmıştır. Çalışma, referans kompozitlere kıyasla hem Mod-I hem de Mod-II (GIc ve GIIc) için kritik enerji salınım oranlarında sırasıyla %43,5 ve %81,2 oranında önemli bir artış olduğunu ortaya koymuştur. İyileşmenin birincil mekanizması, interlaminar bölgedeki PA filamentlerinin çatlak köprülemesi ve plastik deformasyonuna bağlanmıştır. Ek olarak, interlaminar kesme mukavemetinde %17,4'lük bir artış olmuştur. DMA sonuçları tan-delta değerlerinde önemli bir artış olduğunu gösterirken, 3D baskılı PA ara katmanlarının dahil edilmesi camsı geçiş sıcaklığını etkilememiştir. Bununla birlikte, 3D baskılı PA ara katmanlar, artan kalınlık ve azalan elyaf hacim oranı nedeniyle kompozitlerin eğilme özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir. Hibrit kompozit sistemlerdeki hasarı tespit ve analiz etmek için AE tekniğinin kullanılması, araştırmacılara ve mühendislere performanslarını artırma ve dayanıklılıklarını uzatma konusunda yardımcı olabilir.

The aim of this study is to improve the delamination resistance of traditional carbon fiber/epoxy composites by incorporating 3D-printed polyamide (PA) interlayers. Reference and PA-interleaved carbon fiber/epoxy laminates were manufactured by vacuum assisted resin transfer molding technique. The effect of the 3D-printed PA interlayers on both Mode-I and Mode-II fracture toughness of the carbon fiber/epoxy composites was evaluated. Additionally, the shear and flexural properties of the composites were assessed through short-beam shear and three-point bending tests. Acoustic emission data was gathered to study the influence of PA interlayers on the failure modes of composite laminates. Dynamic mechanical analysis (DMA) was utilized to study the thermomechanical response of the reference and PA-reinforced composites. The study revealed a substantial increase in critical energy release rates for both Mode-I and Mode-II (GIc and GIIc) by 43.5% and 81.2%, respectively, as compared to the reference composites. The primary mechanism for the improvement was attributed to crack bridging and plastic deformation of the PA filaments in the interlaminar region. Additionally, there was a 17.4% increase in the interlaminar shear strength The DMA results indicated a significant increase in tan-delta values, while the inclusion of 3Dprinted PA interlayers did not affect the glass transition temperature. Nonetheless, the 3D-printed PA interlayers adversely affected the flexural properties of the composites, owing to increased thickness and reduced fiber volume fraction. The utilization of AE technique for detecting and analyzing damage in hybrid composite systems can assist researchers and engineers in enhancing their performance and prolonging their durability.