Üç boyutlu yazıcı ile üretilen poliamid (PA) katmanlar ile güçlendirilmiş karbon fiber/epoksi kompozitlerin mekanik performansı
Özet
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.
Koleksiyonlar
- Tez Koleksiyonu [242]