19730

۱۹۷۳۰

بررسي چقرمگي شكست بين‌لايه‌اي در مود I چندلايه‌هاي كامپوزيتي پليمري تحت شرايط محيطي اسيدي و حرارتي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي (جامدات)

۱۳۹۵-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۰۱

دكتر محمود مهرداد شكريه

مكانيك

هدف از انجام اين پژوهش بررسي تأثير محيط خورنده بر چقرمگي شكست بين‌لايه‌اي مود I در كامپوزيت الياف شيشه/وينيل‌استر است. براي بررسي اين تأثير از محلول اسيدسولفوريك با غلظت وزني 20% و دماهاي ℃ 23 و ℃70 استفاده شد. نمونه‌ها با الياف تك جهته نوع E و به روش لايه‌چيني دستي ساخته شدند. پس از اعمال شرايط محيطي، نمونه‌ها در بازه‌هاي زماني مختلف از 0 تا 10 هفته مورد بررسي قرار گرفتند. در اين مطالعه از نمونه‌هاي كامپوزيتي تير يك‌سرگيردار دو‌لبه، نمونه‌هاي رزين خالص كشش، الياف خالص و نمونه‌هاي كامپوزيتي خمش سه‌نقطه در دو راستاي °0 و °90 استفاده شده است. علاوه بر اندازه‌گيري خواص نمونه‌ها مطابق استاندارد، ظاهر آن‌ها نيز توسط ميكروسكوپ ارزيابي شدند. در اين پژوهش يكي از مدل‌هاي موجود براي پيش‌بيني خواص درازمدت كامپوزيت‌هاي پليمري غوطه‌ور در يك محلول، با درنظر گرفتن تغيير وزن نمونه‌ها ناشي از جذب‌ محلول توسعه داده شد. همچنين، مدل نرماليزه شده‌اي نيز براي پيش‌بيني خواص مكانيكي نمونه‌هاي كامپوزيتي ارائه شد. در اين مدل با داشتن روند آزمايشگاهي يكي از خواص مكانيكي مي‌توان خواص مكانيكي ديگري از نمونه‌ها را در يك شكل نرماليزه شده پيش‌بيني نمود. نتايج بدست آمده از دو مدل ارايه شده با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديد. نتايج حاكي از دقت مناسب مدل‌هاي ارايه شده در تحقيق حاضرست. آزمايش‌ها نشان‌دهنده ثبات در خواص مكانيكي (استحكام كششي، مدول كششي و سختي) در نمونه‌هاي رزين خالص و افت در خواص مكانيكي (استحكام خمشي، مدول خمشي و سختي) در كامپوزيت‌هاي خمش سه‌نقطه بودند. افت در خواص مكانيكي در دماي ℃70 با سرعت بيشتري نسبت به دماي ℃23 صورت گرفت. نتايج آزمايشگاهي نشان‌دهنده عدم تشابه روند تغييرات چقرمگي شكست رشد و شروع ترك در دو دماي مذكور مي‌باشد. بررسي‌هاي انجام شده روي نمونه‌ي محلول‌هاي ظرف‌ها و الياف تحت شرايط محيطي با دماي ℃70 نشان‌دهنده آسيب در الياف و ناحيه بين‌فازي به عنوان عامل اصلي تخريب در كامپوزيت‌ها است.

1397/09/07

Investigation on interlaminar mode I fracture toughness of polymeric laminated composites exposed to acid-thermal aging conditions

11/28/2018 12:00:00 AM

The main purpose of this study was to investigate the interlaminar mode I fracture toughness of polymeric laminated composite exposed to the acid-thermal aging condition. To achieve this goal, unidirectional E-glass/vinylester composites manufactured by the hand lay-up method were immersed in 20 wt.% sulfuric acid soluble at 23℃ and 70℃. After exposure to mentioned condition for a period of 0 to 10 weeks, samples were tested according to the ASTM standards. In this study the double cantilever beam (DCB) ([0_9 ]_s), pure resin (tensile specimen), pure fiber, three-point bending (3PB) composite specimens (with [0_9 ]_T and [〖90〗_9 ]_T stacking sequences) were tested and their microscopic appearance were assessed. In this research, one of the available models for prediction of polymeric composites immersed in a solution was improved using the weight gain of specimens. Also, a new model was presented to predict a normalized value for mechanical properties of composite specimens. In this model, if the data are presented in a normalized form, all properties are collapsed in a single curve, which means each property can be calculated using the trend of degradation in a property and the virgin value of each property. The results of both models were compared with experimental results and showed a high agreement with them. Experimental results showed a stability of mechanical properties (tensile strength, tensile modulus and hardness) of pure resin specimens but a degradation of 3PB (flexural strength, flexural modulus and hardness) composite specimens. Degradation of mechanical properties at 70 ℃ had a higher rate than that of the 23 ℃. The results represent different trends for the initiation and propagation of the interlaminar fracture toughness at both mentioned conditions. Investigations on fiber samples in the acidic solution and the samples of the solubles at 70℃ condition indicate that the damage in fiber and interphase were the main reasons of degradation in composite materials.