بررسی رفتار کششی کامپوزیت های زمینه فنولیک تقویت شده با الیاف بازالت و کربن تحت اثر دوره شوک حرارتی

اسلامی فارسانی, رضا; خلیلی, سید محمدرضا; نجفی, مسلم

doi:10.22060/mej.2013.27

دانشگاه صنعتی امیرکبیر

تعداد نشریات	4
تعداد شماره‌ها	157
تعداد مقالات	2,496
تعداد مشاهده مقاله	1,165,883
تعداد دریافت فایل اصل مقاله	907,234

بررسی رفتار کششی کامپوزیت های زمینه فنولیک تقویت شده با الیاف بازالت و کربن تحت اثر دوره شوک حرارتی

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

مقاله 1، دوره 44، شماره 2، زمستان 1391، صفحه 1-9 اصل مقاله (627 K)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2013.27

نویسندگان

رضا اسلامی فارسانی

¹؛ سید محمدرضا خلیلی²؛ مسلم نجفی³

¹نویسنده مسئول و استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی؛

²استاد دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی؛

³کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، سازمان صنایع دریایی؛

چکیده

هدف از این مقاله بررسی اثر دوره شوک حرارتی بر رفتار کششی دو نوع کامپوزیت پایه پلیمری تقویت شده با الیاف در محیط اکسیدکننده (هوا)است. کامپوزیتهای مورد آزمایش شامل رزین فنولیک به عنوان ماتریس و تقویتکنندههای الیاف بازالت و الیاف کربن با نسبت حجمی 35% درصد است. در زمان اعمال دوره شوک حرارتی در محیط هوا، امکان بروز پدیده اکسیداسیون ماتریس در دمای بالا و ترک خوردگی آن به علت تنشهای حرارتی ناشی از تفاوت ضرائب انبساط حرارتی ماتریس و الیاف وجود دارد. با افزایش تعداد دوره شوک حرارتی، خواص کششی کامپوزیتهای دارای الیاف بازالت بطور جدی تحت اثر قرار نمیگیرد. در پایان دورههای شوک حرارتی، کاهش استحکام کششی و مدول الاستیک در کامپوزیت دارای الیاف بازالت به ترتیب کمتر از 5 و 8 درصد و در کامپوزیت تقویت شده با الیاف کربن به ترتیب بیش از 11 و 5/18 درصد مقادیر اولیه خواهد بود.

کلیدواژه ها

دوره شوک حرارتی؛ رزین فنولیک؛ الیاف کربن؛ الیاف بازالت

عنوان مقاله [English]

Tensile behavior of basalt and carbon fiber reinforced phenolic matrix composites under thermal shock cycles

نویسندگان [English]

Reza Eslami farsani¹؛ Seyed Reza Khalili²؛ Moslem Najafi³

چکیده [English]

The aim of the present work is to investigate the effect of thermal shock cycling on the tensile behavior of two types polymer-matrix composites (phenolic resin, reinforced with woven basalt and carbon fibers at a total volume fraction of approximately 35%) in oxidative atmospheres (air). During the thermal shock cycling test performed in air, there is a coupling effect between matrix oxidation, occurring at the high temperatures of the cycle, and matrix cracking due to thermo-mechanical ply stresses induced by the differences in the thermal expansion coefficients between the reinforcement and the matrix phase. The tensile properties of composites reinforced with woven basalt fibers were not significantly affected by thermal shock cycles. The reduction of tensile strength and elastic modulus after thermal cycling was less than 5% and 8% of initial values for composites reinforced with basalt fibers and more than 11% and 18.5% for composites reinforced with carbon fibers, respectively.

کلیدواژه ها [English]

Thermal shock cycling, Phenolic resin, Carbon fibers, Basalt fibers

مراجع

[1] D. E. Mouzakis, H. Zoga, C. Galiotis, “Accelerated environmental ageing study of polyester/glassfiber reinforced composites (GFRPCs)”, Composites: Part B, No. 39, pp. 467–475, 2008.

[2] M.C. Lafarie-Frenot, S. Rouquie, N.Q. Hoa, V. Bellenger, “Comparison of damage development in C/epoxy laminates during isothermal ageing or thermal cycling”, Composites: Part A, No. 37, pp. 662–671, 2006.

[3] K. Biernacki, W. Szyszkowski, S. Yannacopoulos, “An experimental study of large scale model composite materials under thermal fatigue”, Composites: Part A, No. 30, pp. 1027–1034, 1999.

[4]G.C. Papanicolaou, A.G. Xepapadaki, G.D. Tagaris, “Effect of thermal shock cycling on the creep behavior of glass-epoxy composites”, Composite Structures, No. 88, pp. 436–442, 2009.

[5] Lopez F.S, Ferrer C, Salvador M.D, Amigo V, “Flexural characteristics of sunlight-aged polyester composites: influence of processing variables”, J Test Eval, No. 30, pp. 1–6, 2002.

[6] Griffiths R, Ball A, “An assessment of the properties and degradation behaviour of glass-fibre-reinforced polyester polymer concrete”, Compos Sci Technol, No. 60, pp. 2747–53, 2000.

[7] Segovia F, Ferrer C, Salvador M.D, Amigo V, “Influence of processing variables on mechanical characteristics of sunlight aged polyester–glass fibre composites”, Polym Degrad Stabil, No. 71, pp. 79–84, 2001.

[8] Halim S, Amin MB, Maadhah AG.; Handbook of polymer degradation Research Institute”, King Fahd of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia, New York/Hong Kong: Marcel Dekker, 1992.

[9] Golder, Michael D, Bruce, Mulholland, “Improved UV stabilization expands uses for polyester elastomers”, Plast Eng, No. 46(6), pp. 43–44, 1990.

[10] Signor, Vanlandingham M, Chin J, “Effects of ultraviolet radiation exposure on vinyl ester resins: characterization of chemical, physical and mechanical damage”, Polym Degrad Stabil, No 79, pp. 359–368, 2003.

[11] Sakai W, Sadakane T, Nishimoto W, Nagata M, Tsutsumi N, “Photosensitized degradation and crosslinking of linear aliphatic polyesters by GPC and ESR”, Polymers, No. 43, pp. 6231–8, 2002.

[12] Li G, Pourmohamadian N, Cygan A, Peck J, “Fast repair of laminated beams using UV curing composites”, Compos Struct, No. 60, 73–81, 2003.

[13] Grossman E, Gouzman I, “Space environment effects on polymers in low earth orbit”, Nucl Instrum Methods, No. 208, pp. 48–57, 2003.

[14] Nielsen LE; Mechanical properties of polymers and composites, vol. 1. New York: Marcel Dekker, 1974.

[15] Struik LCE; Physical aging in amorphous polymers and other materials, New York: Elsevier Scientific Publishing Company, 1978.

[16] B. C. Ray, “Study of the influence of thermal shock on interfacial damage in thermosetting matrix aramid fiber composites”, JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE LETTERS, No. 22, pp. 201– 202, 2003.

[17] Shoukai Wang, D.D.L. Chung, “Thermal Fatigue in Carbon Fibre Polymer-Matrix Composites”, Polymers& Polymer Composites,Vol.9, No. 2, 2001.

[18] Kwang-Bok Shin, Chun-Gon Kim, Chang-Sun Hong, Ho-Hyung Lee, “Prediction of failure thermal cycles in graphite/epoxy composite materials under simulated low earth orbit environments”, Composites: Part B, No. 31, pp. 223–235, 2001.

[19] George PE, Dursch HW, “Low earth orbit effects on organic composites flown on the long duration exposure facility”, Journal of Advanced Materials, No. 25, pp. 9–10, 1994.

[20] Paillous A, Pailler C, “Degradation of multiply polymer composites induced by space environment”, Composites, No. 25, pp. 287–295, 1994.

[21] Tsotis TK, Keller K, Lee K, Bardis J, Bish J, “Aging of polymeric composite specimens for 5000 hours at elevated pressure and temperature”, Comp Sci Tech, No. 61, pp. 75–86, 2001.

[22] Bowles KJ, Meyers A. “Specimen geometry effects on graphite/PMR 15 composites during thermo-oxidative ageing”, 31st International SAMPE Symposium, pp. 1285–1299, 1986.

[23] Nam JD, Seferis JC, “Anisotropic thermo-oxidative stability of carbon fibre reinforced polymeric composites”, SAMPE Q, No. 24, pp. 10–18, 1992.

[24] Salin IM, Seferis JC. “Anisotropic effects in thermogravimetry of polymeric composites”, J Polym Sci B Polym Phys, No. 31, pp. 1019–27, 1993.

[25] Bowles KJ, Madhukar MS, Papadopoulos DS, Inghram L, McCorkle L, “The effects of fiber surface modification and thermal aging on composite toughness and its measurement”, J Comp Mater, No. 31(6), pp. 552–79, 1997.

[26] Lafarie-Frenot MC, Rouquie´ S, “Influence of oxidative environments on damage in C/Epoxy laminates subjected to thermal cycling”, Comp Sci Technol, No. 64, pp. 1725–35, 2004.

[27] John F.Timmerman, Matthew S, Brian S. Hayes, James C. Seferis, “Matrix and fiber influences on the cryogenic microcracking of carbon fiber/epoxy composites”, Composites: Part A, No. 33, pp. 323–329, 2002.

[28] Chung K, Yoshioka K, seferis JC, “Hygrothermal cycling effect on the durability of phenolic base composites”, Polymer Composites, Vol. 23, No. 2, 2002.

آمار

تعداد مشاهده مقاله: 2,418

تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1,057

Journal Management System. Designed by sinaweb.