اثر ظرافت و فاصله نخ‌های اتصال عمودی بر استحکام خمشی کامپوزیت‌های سه‌بعدی کربن - فنولی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی نساجی، قطب علمی و پژوهشکده نساجی، صندوق پستی 4413-15875

2 تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرایند، گروه کامپوزیت، صندوق پستی 112-14975

چکیده

در این مقاله، اثر ظرافت و فاصله نخ‌های اتصال عمودی بر رفتار شکست کامپوزیت‌های سه‌بعدی که به روش تلقیح رزین در خلأ تولید شدند، ارزیابی شده است. بدین منظور کامپوزیت سه‌بعدی کربن- فنولی با نمره نخ­ های مختلف در فواصل بافت عمودی متفاوت 5.5mm تا 16.5mm تهیه شدند تا مقادیر بهینه هر یک از آنها به ­دست آید. نتایج آزمون خمش سه­ نقطه­ ای نشان داد، کامپوزیت­ های با بافت عمودی در مقایسه با کامپوزیت­ های فاقد الیاف در جهت ضخامت، %17تا 34%، استحکام خمشی کمتری دارند، در حالی که نخ در جهت ضخامت، موجب اتصال مکانیکی بین لایه­ ها شده و از گسترش پدیده لایه­ لایه­ شدن در کامپوزیت­ های دارای بافت عمودی جلوگیری می­ کند. ضعف کامپوزیت ­های دارای بافت عمودی به دلیل صدمات ناشی از وجود الیاف در جهت ضخامت است که موجب ایجاد نقاط تمرکز تنش و عدم هم­ راستایی الیاف صفحه ­ای می‌شود. از طرفی وجود الیاف در جهت ضخامت از لایه ­لایه­ شدن کامپوزیت جلوگیری می­ کند. درنتیجه، مقاومت لایه ­ای آن افزایش می­ یابد و  نوع شکست نیز از حالت ترد به چقرمه تغییر می ­یابد. درحالی که در کامپوزیت­ های دارای بافت عمودی با نمره نخ اتصال یکسان، با افزایش فاصله نخ در بافت عمودی، استحکام خمشی کاهش می­ یابد، در نمونه ­های 5.5 میلی­متری با افزایش نمره نخ اتصال، استحکام خمشی کامپوزیت کاهش و در نمونه 16.5 میلی­متری افزایش نشان داد. همچنین، در نمونه­ کامپوزیت­ های دارای بافت عمودی، تنش پس از شکست اصلی، نسبت به کامپوزیت­ های فاقد نخ اتصال، مقادیر بیشتری داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Through-the-Thickness Yarn Fineness and Distanceon Damage Behavior of Carbon-Phenolic 3D Composites

نویسندگان [English]

  • Behzad Najafloo 1
  • Amir Masoud Rezadoust 2
  • Masoud Latifi 1
1 Textile Excellence and Research Centers, Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology, P.O. Box: 14965-115, Tehran, Iran
2 Department of Composite, Faculty of Processing, Iran Polymer and Petrochemical Institute, P.O. Box: 14975-112, Tehran, Iran
چکیده [English]

The effects of through-the-thickness yarn fineness and distance on the damage behavior of vacuum resin infused 3D carbon-phenolic composites were investigated. For this purpose, the carbon/phenolic composites with different tufting thread fineness (count) and distance ranging from 5.5 mm to 16.5 mm were produced to determine an optimum distance and count in the composites. Three-point bending test results show that the flexural strength of tufting composites may drop 17% to 34 % while through thickness reinforcements set up a mechanical connection between the plies and bridge over delamination cracks to avoid their penetration. The weakness is attributed to damaging effect of tufting method, misallignments of X-Y fibers in presence of Z direction reinforcement and stress concentration effect of produced holes for tufting. On the other hands, Z direction reinforcements prevent fibers delamination. Therefore, the laminate strength was increased and failure mechanism was changed from brittle to ductile fracture. In addition at the same through-thickness yarn count of tufting composites, with the increase in tufting distance, the flexural strength is reduced. But i in the case of samples with tufting distance of 5.5 mm, the flexural strength reduced with increase in thorough-the-thickness yarn count, but for samples with tufting distance of 16 mm, showed some increases with the same count variations. After the failure stress in stress-displacement curve was increased for specimens with Z direction reinforcements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3D composite
  • tufting
  • flexural strength
  • failure mechanism
  • delamination