بررسی اثر اعمال پیش بارگذاری حرارتی پارچه الیاف شیشه، بر تغییرات رفتار مکانیکی صفحات کامپوزیتی ساخته‌شده از الیاف شیشه/ پلی‌استر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه کامپوزیت، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

چکیده

بررسی رفتار سازه‌های کامپوزیتی الیاف-پلیمر و تاثیر عوامل گوناگون بر خواص مکانیکی آن‌ها، در تعریف فرایندهای طراحی، ساخت و عارضه‌یابی سازه کامپوزیتی موضوعی حائز اهمیت می‌باشد. در این مقاله به بررسی تغییرات رفتار مکانیکی ساختار کامپوزیتی الیاف شیشه کلاس E-پلی‌استر، تحت تاثیر اعمال پیش بارگذاری حرارتی بر پارچه الیاف شیشه پرداخته شده است. بدین منظور، در کنار آزمون‌های تعیین خواص مکانیکی، جهت بررسی چگونگی و ماهیت شکست الیاف شیشه و مطالعه سطح مقطع شکست الیاف از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شده است. همچنین تغییرات در وضعیت عامل اتصال دهنده روی سطح الیاف شیشه‌ی مورد استفاده در بافت پارچه، در شرایط اولیه پارچه‌ی خریداری شده از شرکت سازنده و نیز شرایط ثانویه آن پس از اعمال پیش بارگذاری حرارتی از طریق قرار دادن آن در کوره با حرارت 350 درجه سانتی‌گراد، از روش آنالیز دستگاهی طیف‌بینی مادون قرمز بازتاب کلی تضعیف شده (ATR) استفاده گردید. نتایج، حکایت از افت قابل توجه خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته شده، بر اثر اعمال پیش بارگذاری حرارتی بر پارچه با بافت ساده از جنس الیاف شیشه کلاس E، قبل از مرحله آغشته‌سازی آن با رزین پلی استر غیر اشباع دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of thermal preloading of glass fiber fabric on changes in the mechanical behavior of glass fiber/polyester composite plates

نویسندگان [English]

  • Alireza Moallemzadeh 1
  • Seyed Alireza Sabet 2
  • Hamed Saghafi 3
1 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Composites, Iran Polymer and Petrochemical Institute, Tehran, Iran
3 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran
چکیده [English]

Investigating the behavior of fiber/polymer composite structures and the effect of various factors on their mechanical properties is vital in defining the design, manufacturing and troubleshooting process. In this paper, the changes in the mechanical behavior of the E-glass fiber/polyester composite structure under the influence of thermal preloading on the glass fiber fabric have been studied. For this purpose, in addition to performing mechanical tests, scanning electron microscopy (SEM) has been used to investigate the manner and nature of glass fiber breakage as well as the cross-sectional area of fiber fracture. Also, the changes in the state of the bonding agent on the surface of the glass fibers used in the woven fabric, in the initial conditions of as received fabric and also in its secondary conditions after applying thermal preload by placing it in an oven at 350 °C temperature was studied. In this regard, the Attenuated Total Reflectance (ATR) infrared spectroscopic analysis method was used. The results indicate a significant decrease in the mechanical properties of the manufactured composite, as a result of applying thermal preloading on plain fabric made of E-class glass fibers, before the impregnation stage with unsaturated polyester resin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thermal Preloading
  • Glass Fibers
  • Polyester
  • Mechanical Behavior of Composite
[1] Somaiah A, Prasad BA, Nath NK. A comprehensive review: Characterization of glass fiber reinforced polymer composites with fillers from a Thermo-mechanical perspective. Materials Today: Proceedings: 2022 Jan 1; 62:3226-32. doi: 10.1016/j.matpr.2022.04.219
[2] Phani KV, Nanda BK, Mishra SB, Nayak SK. Structural analysis of experimentally fabricated glass fiber reinforced (GFRP) composites. Materials Today: Proceedings: 2023 Jan 1;74:889-94. doi: 10.1016/j.matpr.2022.11.275
[3] Zaghloul MY, Zaghloul MM, Zaghloul MM. Influence of stress level and fibre volume fraction on fatigue performance of glass fibre-reinforced polyester composites. Polymers: 2022 Jun 29;14(13):2662. doi: 10.3390/polym14132662
[4] Shah SZ, Karuppanan S, Megat-Yusoff PS, Sajid Z. Impact resistance and damage tolerance of fiber reinforced composites: A review. Composite Structures: 2019 Jun 1; 217:100-21. doi: 10.1016/j.compstruct.2019.03.021
[5] Gholizadeh S. A review of impact behaviour in composite materials. International Journal of Mechanical and Production Engineering. 2019 Mar;7(3):2320-092.
[6] Kaware K, Kotambkar M. Low velocity impact response and influence of parameters to improve the damage resistance of composite structures/materials: a critical review. International journal of crashworthiness: 2022 Jul 15;27(4):1232-56. doi: 10.1080/13588265.2021.1914985
[7] Moallemzadeh AR, Sabet SA, Abedini H. Preloaded composite panels under high velocity impact. International Journal of Impact Engineering: 2018 Apr 1; 114:153-9. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2017.12.019
[8] Moallemzadeh AR, Sabet SA, Abedini H, Saghafi H. Investigation into high velocity impact response of pre-loaded hybrid nanocomposite structure. Thin-Walled Structures: 2019 Sep 1; 142:405-13. doi: 10.1016/j.tws.2019.05.006
[9] Laoubi K, Hamadi Z, Benyahia AA, Serier A, Azari Z. Thermal behavior of E-glass fiber-reinforced unsaturated polyester composites. Composites Part B: Engineering: 2014 Jan 1; 56:520-6. doi: 10.1016/j.compositesb.2013.08.085
[10] Jamshidi Z, Hejazi SM, Sheikhzadeh M, Alirezazadeh A. Analysis of impacts of thermal shocks on mechanical properties of E-glass fiber reinforced polyester composites. Journal of Composite Materials: 2021 Oct;55(25):3687-98. doi: 10.1177/00219983211017648
[11] Jafarpour A, Farahani MS, Haghighi-Yazdi M. Numerical investigation of oriented CNFs effects on thermo-mechanical properties and curing residual stresses field of polymeric nanocomposites. Mechanics of Materials: 2019 Nov 1; 138:103176. doi: 10.1016/j.mechmat.2019.103176
[12] Anand A, Banerjee P, Sahoo D, Rathore DK, Prusty RK, Ray BC. Effects of temperature and load on the creep performance of CNT reinforced laminated glass fiber/epoxy composites. International Journal of Mechanical Sciences: 2019 Jan 1; 150:539-47. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2018.09.048
[13] Nematollahzadeh A, Mousavi SS, Tilaki RM, Frounchi M. Increasing the interfacial adhesion in poly (methyl methacrylate)/carbon fibre composites by laser surface treatment. Polymers and Polymer Composites: 2006 Sep;14(6):585-9. doi: 10.1177/096739110601400604
[14] Naves LZ, Santana FR, Castro CG, Valdivia AD, Da Mota AS, Estrela C, Correr‐Sobrinho L, Soares CJ. Surface treatment of glass fiber and carbon fiber posts: SEM characterization. Microscopy research and technique: 2011 Dec;74(12):1088-92. doi: 10.1002/jemt.20999
[15] Sharma M, Gao S, Mäder E, Sharma H, Wei LY, Bijwe J. Carbon fiber surfaces and composite interphases. Composites Science and Technology: 2014 Oct 6; 102:35-50. doi: 10.1016/j.compscitech.2014.07.005
[16] Moallemzadeh AR, Sabet AR, Abedini H. Mechanical and morphological study of polymer composite plates having different fiber surface treatments with particular response to high velocity projectile impact. Iranian Polymer Journal. 2017 Mar;26(3):229-38. doi: 10.1007/s13726-017-0515-3
[17] Wu CM, Lai WY, Wang CY. Effects of surface modification on the mechanical properties of flax/β-polypropylene composites. Materials: 2016 Apr 27;9(5):314. doi: 10.3390/ma9050314