Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu fractographic của các composite thermoplastic dựa trên sợi carbon/PA6 được điều kiện hóa trong nước cất nóng và dung dịch muối và được thử nghiệm kéo
Tóm tắt
Yếu tố thời tiết và môi trường mà các thành phần phải đối mặt trong suốt thời gian sử dụng có thể gây ra hư hại và, do đó, dẫn đến sự cố thất bại sớm trong quá trình sử dụng. Do đó, thông qua phân tích hình thái của bề mặt gãy, có thể xác định các chế độ thất bại và các khía cạnh fractographic chính có mặt trên bề mặt gãy. Từ dữ liệu này, có thể tăng cường hiểu biết về hành vi của vật liệu trong quá trình sử dụng hoặc thậm chí có thông tin cho các biện pháp chỉnh sửa phòng ngừa trong quá trình xử lý và sử dụng vật liệu. Các nghiên cứu fractographic về composite sợi carbon (CF)/matrít nhiệt dẻo vẫn còn chưa được khai thác nhiều trong tài liệu và có thể mang lại những đóng góp quan trọng cho việc hiểu rõ hơn về chế độ thất bại của loại vật liệu này. Mục tiêu của công trình này là nghiên cứu các khía cạnh fractographic của composite CF/polyamide 6 (PA6) được điều kiện hóa trong hai môi trường khác nhau, tức là nước cất ở 80 ºC và dung dịch muối, được thử nghiệm kéo. Các phân tích vi quang điện tử cho thấy rằng laminate CF/PA6 có sự kết hợp tốt và giao diện CF/matrít xuất sắc. Các biến dạng dẻo và sự cầu nối sợi có mặt trên bề mặt gãy của các mẫu không được điều kiện hóa. Tuy nhiên, sau khi được điều kiện hóa trong nước cất ở 80 ºC, matrít trở nên giòn hơn và giao diện yếu hơn. Việc điều kiện hóa trong dung dịch muối ít nghiêm trọng hơn do tác động của muối đã giảm sự di chuyển của nước vào bên trong các mẫu. Nghiên cứu fractographic đã thực hiện cho thấy chi tiết ảnh hưởng của sự xuống cấp môi trường bằng cách sử dụng thời tiết tăng tốc trên bề mặt gãy của các laminate nhiệt dẻo đã được thử nghiệm kéo.
Từ khóa
#fractographic #composite sợi carbon #PA6 #nước cất #dung dịch muối #thử nghiệm kéoTài liệu tham khảo
Yao S-S, Jin F-L, Rhee KY et al (2018) Recent advances in carbon-fiber-reinforced thermoplastic composites: a review. Compos B Eng 142:241–250. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.12.007
Montagna LS, Morgado GFM, Lemes AP, Passador FR, Rezende MC (2022) Recycling of carbon fiber-reinforced thermoplastic and thermoset composites: A review. J Thermoplast Compos Mater 0(0):1–26. https://doi.org/10.1177/08927057221108912
Sauer M, Kuhnel M, Witten E (2020) Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) market report: Trends, forecast and competitive analysis. Lucintel – Global Management Consulting & Market Research Firm. https://www.lucintel.com/
EASA: European Aviation Safety Agency (n.d.) www.easa.europa.eu/en
McKeen LW (2019) Chapter 7 - Polyamides (Nylons). The effect of UV light and weather on plastics and elastomers (fourth edition). Plastics Design Library 185–222. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816457-0.00007-1
Venoor V, Park JH, Kazmer DO, Sobkowicz MJ (2021) Understanding the effect of water in polyamides: A review. Polym Rev 61:598–645. https://doi.org/10.1080/15583724.2020.1855196
Kondo MY, Montagna LS, Morgado GFM, de Castilho ALG, Batista LAPS, Botelho EC, Costa ML, Passador FP, Rezende MC, Ribeiro MV (2022) Recent advances in the use of Polyamide-based materials for the automotive industry. Polímeros 32(2):e2022023. https://doi.org/10.1590/0104-1428.20220042
Alessi S, Pitarresi G, Spadaro G (2014) Effect of hydrothermal ageing on the thermal and delamination fracture behaviour of CFRP composites. Compos B Eng 67:145–153. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.06.006
Shan L, Hui Tao R, Yi Yan L, Mu Huan S (2011) Environmental degradation of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and steel bond subjected to hygrothermal aging and loading. Mater Sci Forum 675:559–562. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.675-677.559
Abdel-Monsef S, Renarta J, Carreras L, Maimía P, Turon A (2022) Environmental effects on the cohesive laws of the composite bonded joints. Compos Part A Appl Sci Manuf 155:106798. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106798
Franco LAL, Graça MLA, Silva FS (2008) Fractography analysis and fatigue of thermoplastic composite laminates at different environmental conditions. Mater Sci Eng, A 488:505–513. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.11.053
Purslow D (1987) Matrix fractography of fibre-reinforced thermoplastics, Part 1. Peel failures. Composites 18(5):365–374. https://doi.org/10.1016/0010-4361(87)90360-0
Cândido GM, Rezende MC, Donadon MV, de Almeida SFM (2012) Fractografia de Compósito Estrutural Aeronáutico Submetido à Caracterização de Tenacidade à Fratura Interlaminar em Modo I. Polímeros 22(1):41–53. https://doi.org/10.1590/S0104-14282012005000019
Rezende MC (2007) Fractografia de Compósitos Estruturais. Polímeros 17(3):1–11. https://doi.org/10.1590/S0104-14282007000300003
Greenhalgh ES (2009) Failure analysis and fractography of polymer composites. ISBN 978–1–84569–217–9 (book)
Hashemi S, Kinloch AJ, Williamsv (1990) The analysis of interlaminar fracture in uniaxial fibre-polymer composites. Proc Royaç Soc A: Math Phys Eng Sci 427(1872):173–199. https://doi.org/10.1098/rspa.1990.0007
Schultheisz CR, Waas AM (1996) Compressive failure of composites, part I: Testing and micromechanical theories. Prog Aerosp Sci 32:1–42. https://doi.org/10.1016/0376-0421(94)00002-3
Montagna LS, Morgado GFM, Santos LFP, Guimarães A, Passador FR, Rezende MC (2023) Mechanical performance of carbon fiber/polyamide 6: comparative study between conditioning in distilled water with heating and saline solution. Submitted in Materials Research
ASTM D5229/D5229M-2020 - Standard test method for moisture absorption properties and equilibrium conditioning of polymer matrix composite material
ASTM D1141–98 - 2021 Standard practice for preparation of substitute ocean water
ASTM D3039/D3039M-08 - Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials
Hein LRO, Campos KA, Caltabiano PCRO, Kostov KG (2013) A brief discussion about image quality and sem methods for quantitative fractography of polymer composites. Scanning 35:196–204. https://doi.org/10.1002/sca.21048
Purslow D (1988) Fractography of fibre-reinforced thermoplastics, Part 3. Tensile, compressive and flexural failures. Composites 19:5. https://doi.org/10.1016/0010-4361(88)90123-1
Psarski M, Pracella M, Galeski A (2000) Crystal phase and crystallinity of polyamide 6/functionalized polyolefin blends. Polymer 41(13):4923–4932. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00720-X
Pigłowski J, Gancarz I, Wlaźlak M, Kammer H-W (2000) Crystallization in modified blends of polyamide and polypropylene. Polymer 41(18):6813–6824. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00034-3
Kim KY, Ye L (2004) Interlaminar fracture toughness of CF/PEI composites at elevated temperatures: roles of matrix toughness and fibre/matrix adhesion. Compos Part A Appl Sci Manuf 35:477–487
Roulin-Moloney AC (1989) Fractography and failure mechanisms of polymers and composites. Elsevier
Hertzberg RW, Manson JA (1980) Microfractography of polymer fractures. Academic Press, Fatigue of Engineering Plastics, New York
Friedrich K, Walter R, Voss H, Karger-Kocsis J (1986) Effect of short fibre reinforcement on the fatigue crack propagation and fracture of PEEK matrix composites. Composites 17:205–216
Gamstedt EK, Östlund S (2001) Fatigue propagation of fibre-bridged cracks in unidirectional polymer-matrix composites. Appl Compos Mater 8:385–410. https://doi.org/10.1023/A:1012677604599
Sjogren A, Asp L, Greenhalgh E, Hiley MJ (2002) Interlaminar crack propagation in CFRP: Effects of temperature and loading conditions on fracture morphology and toughness. Composite Materials: Testing, Design, and Acceptance Criteria, Mar 26–27 2001(1416):235–252. Phoenix, AZ, United States. ASTM Special Technical Publication
Silva TC, Moraes DVO, Morgado GFM, Gonçalves VO, Costa DHS, Marques TPZ, Passador FR, Rezende MC (2022) Mechanical characterization and fractographic study of the carbon/PEI composite under static and fatigue loading. Mech Adv Mater Struct. https://doi.org/10.1080/15376494.2022.2134952
Purslow D (1981) Some fundamental aspects of composites fractography. Composites 12(4):241–247. https://doi.org/10.1016/0010-4361(81)90012-4