19661

۱۹۶۶۱

بررسي روش ساخت و خواص مكانيكي كامپوزيت پارچه‌اي با بافت حلقوي شيشه/پلي‌پروپيلن

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي (شكل دهي)

۱۳۹۴-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۲/۲۶

دكتر محمود مهرداد شكريه

دكتر حسين حسني

مكانيك

چكيده در اين پژوهش به معرفي روشي نوين در ساخت قطعات كامپوزيتي با كمك فناوري بافت حلقوي پرداخته شده كه كامپوزيت به‌دست آمده از اين روش داراي وزن كم، مقاومت مطلوب نسبت به ضربات كم سرعت، استحكام مناسب، قابليت بازيافت و مقاوم به تورق و چروك مي‌باشد. روش ارائه‌شده در اين كار بر اساس درهم‌تنيدگي الياف تقويت‌كننده شيشه و الياف زمينه پلي‌پروپيلن به صورت حلقوي مي‌باشد كه پس از پرسِ تحت حرارت و سپس خنك‌سازي، اين پيش‌شكلِ فايبر هايبريد، به نوعي از كامپوزيت گرمانرم با هندسه مورد نظر تبديل مي‌شود. به منظور مشخصه‌يابي خواص مكانيكي، نمونه‌هاي تخت اين نوع كامپوزيت تحت آزمون‌هاي كشش محوري قرار گرفت و خواص مكانيكي آن‌ها شامل مدول كشساني، استحكام، درصد ازدياد طول نهايي، ضريب پوآسون و نمودار تنش-كرنش، از آزمون‌هاي استاندارد به‌دست‌ آمد. سپس نمونه هاي كروي ساخته شده با كامپوزيت گرمانرم جديد، تحت آزمايش ضربه افتان قرار گرفت و نمودار نيرو-زمان اندازه‌گيري شد. اين نتايج با مقادير مربوط به نمونه‌هاي توليد‌شده از پلي‌پروپيلن خالص مقايسه و بررسي گرديد. نتايج نشان داد كه وجود الياف حلقوي باعث افزايش قابل ملاحظه‌ خواص مكانيكيِ كششي و ضربه‌پذيريِ ماده كامپوزيت، نسبت به ماده زمينه شده است. شبيه‌سازي آزمون ضربه روي نمونه كروي كامپوزيتي توسط نرم‌افزار آباكوس انجام شد. داده‌هاي به دست آمده از آزمايش و شبيه سازي با هم مقايسه شد و نتايج، حاكي از تطابق مناسب آنهاست. همچنين آزمون ضربه روي يك نمونه با ابعاد واقعي يك كلاه ايمني نيز در نرم‌افزار مدل گرديد و نتايج موردنظر مورد بررسي قرار گرفت. كلاه‌خود طراحي شده از نظر استحكام، ضربه‌پذيري، وزن و قيمت با نمونه ساخته شده از جنس ماده ABS خالص، كه در ساخت كلاه ايمني مرسوم است، مقايسه شد. نتايج حاكي از برتري محصول كامپوزيتي ساخته شده در تحقيق حاضرست. واژه‌هاي كليدي: كامپوزيت پارچه‌اي، گرمانرم، بافندگي حلقوي، الياف شيشه، الياف پلي‌پروپيلن

1397/08/21

An investigation on manufacturing and mechanical properties of knitted thermoplastic composite glass/polypropylene

11/12/2018 12:00:00 AM

Abstract In this research, a new method for manufacturing of composites was developed with the help of the knitted texture technology. The composites obtained from this method has a low weight, strength against low velocity impact, proper tensile strength, recycling ability and resistance to delamination and wrinkles. In this method, polypropylene yarns and glass fibers using Stoll weaving machine were weaved together by knitting method and a composite preform with a specific geometry was manufactured. Then, based on the shape and geometry of the product, a male-female mold was designed and the preform was laid down in the mold cavity. Subsequently, the molds and samples were subjected to a specific pressure and heat in a hydraulic press. The polypropylene fibers were melted under pressure and temperature to mix with the glass fibers. Then, the cooling operation started and the mold cooled down to ambient temperature. Finally, the composite specimen made of thermoplastic matrix reinforced with glass fibers was extracted from the mold. In order to characterize mechanical properties of the specimen, flat samples of this composite were subjected to axial tensile tests and mechanical properties including elastic modulus, ultimate strength, ultimate elongation, Poisson’s ratio, and stress-strain diagrams were obtained using the standard tests. Then spherical specimens made with the new thermoplastic composites were subjected to the drop test and the force-time diagram was obtained. These results were compared with the values of pure polypropylene samples. The results showed that the existence of knitted fibers has increased the tensile mechanical properties and toughness of composite material, compared with the material of the pure matrix. Simulation of the drop test on a spherical composite specimen was performed by Abaqus software. The results obtained from the experiments and the simulation were compared and good correlation was achieved. The impact test on a sample with the actual dimensions of a helmet was also modeled using the software and the results were examined. The strength, impact resistance, weight and price of the designed helmet was compared with a sample made of pure ABS material, which is common in the design of a helmet. The results indicated the superiority of the composites made in the present study. Keywords: texture composite, thermoplastic, knitted textile, glass fibers, polypropylene yarns