Abstract
De duurzaamheid van polymeren en vezelversterkte polymeercomposieten onder dienst voorwaarde is een cruciaal aspect voor hun robuuste ontwerp en toestandsafhankelijk onderhoud moeten worden aangepakt. Deze materialen zijn in een breed scala van technische toepassingen aangenomen, vanuit vliegtuigen en schepen constructies, bruggen, wind turbine blades, biomaterialen en biomedische implantaten. Polymeren zijn visco-elastische materialen, en hun reactie kunnen sterk niet-lineaire en dus maakt het een uitdaging om te voorspellen en het toezicht op hun prestaties in bedrijf. Het laboratorium schaal testen platform hierin gepresenteerd helpt het onderzoek naar de invloed van gelijktijdige mechanische belastingen en omgevingscondities op deze materialen. Het platform is ontworpen om tegen lage kosten en gebruiksvriendelijk zijn. Chemisch bestendige materialen maken het platform aan te passen aan studies van chemische degradatie als gevolg van in-dienst blootstelling aan vloeistoffen. Een voorbeeld van experiment werd uitgevoerd bij kamertemperatuur op gesloten celstructuurschuimmonsters geladen met een gewicht overeenkomend met -50% van hun uiteindelijke statische en droge lading. Resultaten tonen dat het testapparaat is geschikt voor deze studies. De resultaten laten ook de grotere kwetsbaarheid van het polymeer onder gelijktijdige belasting op basis van de hogere halverwege verplaatsingen en kleinere residuele bezwijkwaarde. Er worden aanbevelingen gedaan voor extra verbeteringen van de testapparatuur.
Introduction
Polymeer en vezelversterkte polymeer (FRP) composieten zijn in een verscheidenheid van constructies aangenomen, variërend van lucht- en ruimtevaartuigen, marineschepen, civiele infrastructuur, (zie voor voorbeelden reviews van Katnam et al. 1, Hollaway 2, Mouritz et al . 3), auto's en treinen, windturbine bladen, om protheses en biomaterialen voor hechtingen en implantaten. Duurzaamheid Deze materialen "wordt beïnvloed door complexe dienst scenario, waarin een combinatie van een kan) thermomechanische belasting, bijvoorbeeld vries-dooi cycli civiele infrastructuur 4, subsonische / supersonische vlucht profielen 5, dragen in metalen backed polyetheen 6) ; b) degradatie als gevolg van milieu en chemische middelen, bijvoorbeeld, zeewater, de-icing, hydraulische vloeistof voor de luchtvaart en marine structuren 7-10, afbraak van polymethylmethacrylaat tandheelkundige composieten te wijten aan speeksel 11; c) complexe interactions van materialen in vastgemaakt of lijmverbindingen, bijvoorbeeld, galvanische corrosie en onthechting tussen ongelijksoortige materialen, hetzij in een carbon / fiber patch reparatie op een vliegtuig aluminium huid, of een carbon / PEEK botplaat vastgemaakt door roestvrij staal 12.
Er is helaas beperkt kennis van de invloed van de gelijktijdige in-dienst stimuli op de duurzaamheid op lange termijn van deze materialen. De meeste polymeren kunnen worden gecategoriseerd als visco-elastische materialen. Mechanische belastingen en milieu-omstandigheden significante invloed op de visco-elastische respons van polymeren. Daarom moet betrouwbare modellen voor de lange termijn gedrag van deze materialen 'in staat zijn om de tijd-afhankelijke reacties te nemen aan gekoppeld hygrothermisch, mechanische, chemische stimuli. Dit op zijn beurt zal verbeteren ontwerp voorspellingen, veiligheid en condition based onderhoud / vervanging protocollen.
Er is een grote literatuur lichaam experimentele proeven op hygrothermische effectenBijvoorbeeld hygrothermische-diffusie: indien de omvang van de monsters toelaat, de materiaalmonsters worden geplaatst in een kamer bij gewenste vochtigheidsgraad en temperatuurniveaus. De monsters worden periodiek verwijderd om hun massa en / of het volume verandert voor een bepaalde hoeveelheid tijd te meten, van weken tot jaren 10,13-17. De hygrothermische proef kan worden gevolgd door mechanische testen, dwz residuele statische / vermoeiingssterkte / breukmechanica testen 17-19, die alleen geeft informatie over het effect van de hygrothermische stimulus op de mechanische reacties van materialen. Gegevens test kan worden gemonteerd op de diffusie modellen van uiteenlopende complexiteit, van eenvoudige Fickiaanse diffusie op modellen die de afhankelijkheid van de concentratie, spanning, temperatuur, omkeerbare fysieke veroudering / plasticization en onomkeerbare chemische reacties omvatten. Deze experimentele uitvoer kan verder worden verwerkt in structurele analyses.
Enkele auteurs hebben de gevolgen van de gelijktijdige hy aangepaktgrothermal en mechanische stimuli. Onder degenen onderzoeken FRP composieten, Neumann en Garom 20 ondergedompeld beklemtoonde en onbeklemtoonde exemplaren in gedestilleerd water. Stress werd door het plaatsen van de monsters in gecomprimeerde roestvrij stalen veren toegepast, het afstemmen van de belasting met behulp van verschillende veerstijfheden en drukbelasting. Een soortgelijke procedure wordt beschreven door Wan et al. 21. Helbling en Karbhari 22 in dienst van een buiging armatuur in een klimaatkamer voor verschillende relatieve vochtigheid percentages (RH%) en de temperatuur niveaus. De pre-geconditioneerde monsters werden onderworpen aan een bepaald buigspanning niveau overeenkomt met een percentage van de statische ultieme trekspanning voor composite. Kasturiarachchi en Pritchard 23 bereid een roestvrij stalen 4-punts buigen jig (één per specimen) die is geplaatst op een plank in een grote glazen exsiccator. De exsiccator werd gedeeltelijk gevuld met gedestilleerd water, hadden kleine lekkages aan de bu voorkomenildup druk, en werd in een vochtige kamer geplaatst bij 95% RH. Gellert en Turley 7 onderzocht marine-grade FRP composiet exemplaren voor hun duurzaamheid onder gecombineerde kruip laden en 100% RV. De monsters werden 4-punts buiging belast bij een constante belasting van 20% van de niet buigzame statische belasting, terwijl volledig ondergedompeld in zeewater. De kruip doorbuiging werd periodiek verkregen door een diktemeter tussen het buitenoppervlak van de bundel in de centrale doorsnede, en een glasplaat (wordt geconcludeerd dat deze meting buiten de kamer werd uitgevoerd). Abdel-Magid et al. 24 geplaatste monsters van glas / epoxy per Invar milieu armatuur die werd verstrekt door NASA Langley, zoals de monsters onder spanning langs de vezelrichting werden geladen op 20% van de uiteindelijke axiale belasting. Ellyin en Rohrbarcher 25 liep hygrothermisch testen voor maximaal 140 dagen, en vervolgens getest de modellen in de vermoeidheid op een hydraulische machine testen. Het monsters werden gewikkeld in een vochtige kaasdoek verbonden met een buis en een watertoevoer. Graaf et al. 26 gepositioneerd hun lading competitieprogramma en de modellen in een grote klimaatkamer (5,5 m 3).
Zoals in vele experimentele onderzoeken, de omgevingsomstandigheden beïnvloeden de mechanische eigenschappen en de antwoorden van de polymeren. Sommige beperkte experimenten tonen ook aan dat de aanwezigheid van mechanische spanning / rek beïnvloedt het diffusieproces de polymeren. Vandaar dat inzicht in de algemene prestaties van polymeren gebaseerde materialen onder mechanische en niet-mechanische werking versterken, is er een behoefte voor gelijktijdige testen.
Er waren verschillende doelstellingen van de opzet van het testplatform besproken in dit document. Ten eerste, het platform van de experimentele opstelling van een meerjarig onderzoek naar de hygrothermo-mechanisch gedrag van verschillende soorten FRP sandwich composieten voor wind turbine eennd marine engineering toepassingen. De testgegevens worden gebruikt om de parameters te kalibreren in het visco-elastische constitutieve vergelijkingen voor de polymere composieten. De constitutieve modellen zijn gebaseerd op het werk dat in de loop der jaren door Muliana en medewerkers 27-30. Het tweede doel was een goedkope en gebruikersvriendelijke testen platform, bijvoorbeeld een die gemakkelijk kan worden verplaatst in een laboratorium (bijvoorbeeld een schaal massamaten of de bron van het fluïdum, bijvoorbeeld aankomen hebben uit een kraan, een zuurkast of een brandbare kast). Het derde doel was een test platform dat bestand is tegen een aantal chemische stoffen gewoonlijk in dienst (in het bijzonder hydraulische vloeistof, de-icing, oplosmiddelen voor ruimtevaarttoepassingen 10/08), waardoor monsters kunnen worden ondergedompeld in dergelijke stoffen te creëren, en de duurzaamheid kon worden beoordeeld.
De kamer (figuur 1) werd geconstrueerd met hoge dichtheid polyethylene, die een hoge chemische weerstand heeft. Zoals hierboven vermeld, wordt verwacht dat de toekomstige werkzaamheden zullen onder andere hygrothermo-mechanische onderzoek van composieten ondergedompeld in hydraulische vloeistof, de-icing, oplosmiddelen. Omdat thermische maakt integraal onderdeel van het testen, werd piepschuim passen rond de zijkanten van het reservoir en plaats bevestigd door de tape en het stalen frame zelf, om warmteuitwisseling met de omgeving voorkomen.
Het deksel van de kamer (figuur 2) is vervaardigd uit transparant, 9,525 mm dik polycarbonaat, waardoor de gebruiker de monsters te observeren tijdens het testen zonder de test. Het deksel wordt vastgezet door aluminium T-profielen, die machinaal te glijden onder overhangende beugels aan de zijkanten van de tank waren.
Buiging in de monsters wordt vastgesteld door drie aluminiumblokken, die neerhangen van het deksel en zijn bevestigd door sleuven in het deksel. De drie blokken te laten tot vier specimens te testen tegelijk, terwijl de deksel Sleuven het blok afstand worden aangepast afhankelijk van de lengte van de monsters. Elk blok wordt afgerond aan het contact met de zijkanten tegen een 12,7 mm diameter, in naleving van de ASTM-norm D790-10. De monsters worden geplaatst onder twee van de drie blokken met een opwaartse kracht uitgeoefend op het midden induceren buigen (figuren 1-2).
Het apparaat werd ontworpen met een maximale veelzijdigheid en gebruiksgemak in het achterhoofd. Zwenkwielen met 41,275 mm diameter worden bevestigd onder de kamer voor doeleinden mobiliteit. Boven hen, wordt de tank ondersteund door een gelaste stalen frame met een gaas bodem en dwarsbalken voor ondersteuning. Hoek stock afstandhouders voor de buitenhoeken tank werden vervaardigd om de isolatie te houden van wordt verpletterd door de overhead gewicht en de verplaatsing meters (string pot toestellen, later besproken). Rond de top, werd hoek stock weer gebruikt om in te lijsten. Katrol en string potentiometer systemen om measure middengedeelte vervorming zijn gemonteerd op vier staal, vierkante buis bogen (figuur 3). Het centrum twee bogen van deze vier dragen de string potentiometers en zijn verstelbaar om rekening te houden specimen veelzijdigheid. De string potentiometers werden gebouwd met behulp van een torsieveer (zoals te vinden in intrekbare sleutel lanyards) en potentiometers met drieledige elektronische uitgangen. De riemschijven uitgelijnd en gemonteerd voor gebruik met een stalen kabel die van een starre verbinding van het specimen een opknoping stang over de kant van de kamer voor verstelbare aanbrenggewicht.
De belasting wordt uitgeoefend op het monster met behulp van een reeks van kabels, katrollen, verbanden en bouten. Eerst wordt het monster geplaatst in de U-bout zodat de 10 mm dwarsbalk is contact opnemen met het midden van de overspanning. Een 9,525 mm diameter stalen staaf met oogbouten aan elk uiteinde wordt vervolgens aangesloten op de U-bout. Deze stalen verbinding loopt door het deksel van de kamer. Een stalen kabel en Kevlar thread worden aan de oogbout tegenover de U-bout bevestigd. Hierdoor kan de Kevlar draad van de tekenreeks potentiometer om gegevens van een stijve punt. De staalkabel gaat omhoog en gaat over twee riemschijven waarmee de last op de omtrek van de tank toe te passen. De kabel wordt dan om een 9,525 mm stalen staaf die dient als een gesleufde gewicht hanger bevestigd. Deze hanger biedt een plek waar de sleuven gewichten kan worden ingesteld met het oog op de gewenste kracht worden uitgeoefend.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Het laden van de Specimens
- Til het deksel van de tank en leg deze op de zijsteunen (figuur 4).
- Plaats het model in de U-bout, en ervoor te zorgen dat de dwarsbalk is het maken van contact in het midden van het monster.
- Laat de uiteinden van het monster op de aluminium dragers opknoping van het deksel. De uiteinden van de specimens moeten 5-10 mm overhang.
- Herhaal de stappen 1,2-1,4 voor alle exemplaren die zal worden getest.
- Verwijder het deksel ondersteunt, onderste ooglid, en zorg ervoor dat het deksel zit op de lip van de tank.
- Breng de gewenste kracht door het toevoegen van gewichten aan de stalen staaf naast de buitenste poelie.
2. Meten Verplaatsing
- Zorg ervoor dat de string potentiometer lijn strak wordt getrokken.
- Met behulp van een digitale multimeter, meet de weerstand over de buitenste pennen van de potentiometer (figuur 3) met zwarte Pin 1 en rode Pin 3,en slaat de meetwaarde.
- Zet de weerstandswaarde in een verplaatsing lezing door het berekenen van de kalibratiefactor (in dit geval, 1 kQ overeen met een 64,895 mm verplaatsing).
- Herhaal stappen 2.1-2.3 voor elk specimen.
3. Wegen van de Specimens
- Vóór het begin van de weging, noteer de verplaatsing van gegevens en het opstellen van een tussentijdse bedrijf kamer gevuld met het testen vloeistof bij RT, als per ASTM D5229 31, of de juiste testen norm.
- Verwijder de sleuven gewichten van de uiteinden van de stalen kabels.
- Til het deksel van de tank en leg deze op de zijsteunen.
- Verwijder het monster en plaats deze in de voorbereide interim houdkamer. Herhaal deze stap voor alle exemplaren.
- Verwijder de monsters en droog ze individueel met behulp van een microfiber doekje om overtollig vocht te verwijderen.
- Plaats het monster op een hoge precisie schaal en de gegevens r opnemeneading.
- Herhaal de stappen 3,5-3,6 voor alle exemplaren en volg Protocol Stap 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De testapparatuur heeft succes gehouden monsters ondergedompeld in een vloeistof onder driepuntsbuigen. Met redelijke precisie, kunnen exemplaren worden geladen en getest met nauwkeurige uitlezing van de potentiometers voor mid-point afbuiging veranderingen. De verandering in elektrische weerstand kan worden opgenomen 4 significante cijfers, waardoor een verplaatsing resolutie in de orde van 0,1 urn.
Hygrothermo-mechanische proeven werden uitgevoerd bij kamertemperatuur op twee groepen van vier specimens van gesloten-cel polyurethaanschuim, met nominale afmetingen 215 mm lang x 24 mm breed x 18 mm dikte. Een groep werd getest in de kamer onder droge omstandigheden bedoeld als) in lucht, in de tank, en b) ten relatieve luchtvochtigheid van ~ 50% RH (de test vond plaats eind juni in een laboratorium in hete en droge noorden van Californië Central Valley, in de VS). Deze eerste groep van monsters wordt hierin aangeduid als 'droge exemplaren'. De tweede groep vanmonsters werd getest in de tank met volledige ondergedompeld in gedeïoniseerd water (100% RH, hierin aangeduid als "natte monsters). De monsters werden geladen met opknoping gewichten ongeveer gelijk aan 50% van hun uiteindelijke belasting onder statische droge omstandigheden, waardoor (1,780 ± 0,116) kg. De toepassing van elk opknoping gewicht duurde enkele seconden, om quasi-statische belasting voorwaarden te bereiken. Verwacht werd dat het schuim een lineair visco-elastisch gedrag zou hebben, maar het was niet a priori bekend hoe de gelijktijdige stimuli het schuim duurzaamheid zou afnemen ten opzichte van de droge monsters.
Weerstandsmetingen op het digitale multimeter werden voor elk monster intervallen van ongeveer 15 minuten voor de eerste 6 uur van testen. De metingen werden na een extra 18 uur opnieuw genomen. Van dit, de verandering in de midden van de overspanning doorbuiging werd bijgehouden. Op basis van de verzamelde gegevens, de verplaatsing na 24 uur gedurende de droge monsters was (2,141 ± 0,371) mm,terwijl de verplaatsing van de natte monsters was significant hoger, en gelijk aan (14,41 ± 3,62) mm (figuur 5, tabel 1).
Na elke proefvaart, werden de monsters vervolgens getest op reststerkte door ze tot mislukking. De natte monsters bleken een restfouten belasting gelijk (2,970 ± 0,246) kg, in vergelijking met de restfouten lading (3,623 ± 0,0967) kg van de droge monsters (Figuur 6, Tabel 2). De resolutie voor de resterende bezwijkwaarde metingen was ± 0.194 kg.
Figuur 1. Overzicht van de belangrijkste componenten van testapparatuur. A. Hoge dichtheid polyethyleen tank. B. polystyreen schuim isolatie. C. Ingelaste polycarbonaat deksel. D. Aluminium T bar en overhang beugel. E. driepuntsbuigsterkte supports. F. Bottom frame. G. Hoek spacers. H. Top frame. I. String potentiometer assemblages. J. Lagere laden montage. K. Ingelaste gewichten en hanger. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2. Gedetailleerde weergave van de deksel. A. Hoge dichtheid polyethyleen tank. C. Schuimspaan uit polycarbonaat deksel. D. Aluminium T-bar en overhang beugel. E. driepuntsbuigsterkte ondersteunt. J. Lagere laden montage. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3. String potentiometer assemblage van de testapparatuur. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4. Dekselsteunen van de testapparatuur. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5. Mid-overspanning verplaatsing variatie met de tijd, voor droge en natte exemplaren. Middelene klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 6. Box grafieken van de resterende lading te mislukken, voor droge en natte exemplaren, met de grotere kwetsbaarheid van de natte exemplaren. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 7. Afbeeldingen van schuimmonsters na residuele buigsterkte proeven: (A) en (B) droog specimens, (C) en (D) nat specimens. De nominale specimen breedte24 mm. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
| Uur van begin | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 1 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 2 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 3 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 4 |
| 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| 0.230 | 0.454 | 0,130 | 1.298 | 0,195 |
| 0.730 | 0,714 | 2.141 | 1.298 | 1,817 |
| 0.980 | 0,779 | 2.141 | 1.298 | 1,817 |
| 1.310 | 0,779 | 2.076 | 1.298 | 1,817 |
| 1.810 | 1.038 | 2.141 | 1.947 | 1,817 |
| 2.010 | 0,973 | 2,206 | 1.947 | 1,817 |
| 2.350 | 1,363 | 2.076 | 1.947 | 1.882 |
| 2.610 | 1,363 | 2.076 | 1.947 | 1.752 |
| 2.730 | 1.428 | 2.076 | 1.947 | 1.752 |
| 3.230 | 1.557 | 2.076 | 2,596 | 1,817 |
| 3.480 | 1.298 | 2.076 | 1.947 | 1.947 |
| 3,810 | 1.622 | 2.076 | 2,596 | 1,817 |
| 4.010 | 1.622 | 2.076 | 2,596 | 1,817 |
| 4.230 | 1.557 | 2.076 | 2,596 | 2.012 |
| 4,480 | 1.557 | 2.076 | 2,596 | 2.012 |
| 4,730 | 1.622 | 2.076 | 2,596 | 2.012 |
| 4.980 | 1.752 | 2.141 | 2,596 | 1.947 |
| 5,230 | 1.752 | 2.076 | 3,244 | 1.947 |
| 5.510 | 1.687 | 2.141 | 2,596 | 2.012 |
| 5,780 | 1.557 | 2.076 | 2,596 | 1.882 |
| 5,980 | 1.687 | 2.076 | 2,596 | 1.947 |
| 6.310 | 1.622 | 2.141 | 2,596 | 1.882 |
| 6.480 | 1.622 | 2,206 | 2,596 | 2.012 |
| 23,550 | 1.882 | 2,206 | 2,596 | 1.882 |
| 23,967 | 1.752 | 2,271 | 2,596 | 1.947 |
Tabel 1. Verplaatsing versus tijd van het schuim van de monsters bij omgevingstemperatuur relatieve vochtigheid (droog exemplaren).
| Uur van begin | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 1 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 2 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 3 | Verandering van verplaatsing (mm), specimen 4 |
| 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| 0,303 | 3,245 | 0.000 | 1.298 | 0.000 |
| 0,653 | 3,439 | 0,195 | 2,596 | 0.000 |
| 0,903 | 4,932 | 1.168 | 3,894 | 1.168 |
| 1.163 | 4,932 | 1.168 | 3,245 | 1.233 |
| 1.433 | 6,295 | 2,206 | 4,543 | 2.012 |
| 1.703 | 6,360 | 2.466 | 4,543 | 2.142 |
| 2.013 | 7,074 | 2.855 | 5,192 | 2.077 |
| 2,253 | 7,203 | 2.790 | 5,192 | 2.077 |
| 2.763 | 7,917 | 3.310 | 5,841 | 3.180 |
| 3,013 | 7,917 | 3,634 | 5,841 | 3.180 |
| 3,283 | 8,047 | 4,413 | 5,841 | 3.180 |
| 3.513 | 7,917 | 4,153 | 5,841 | 3.180 |
| 3,753 | 7,917 | 3.699 | 6,489 | 3,245 |
| 4,013 | 9,734 | 5,192 | 7,787 | 4,478 |
| 4,253 | 10,448 | 4,802 | 8,436 | 4,608 |
| 4,513 | 10,448 | 4,802 | 8,436 | 4,478 |
| 4,783 | 10,448 | 4,802 | 8,436 | 4,478 |
| 5,013 | 10,448 | 5,127 | 8,436 | 4,737 |
| 5,313 | 10,383 | 4,737 | 8,436 | 4,608 |
| 5,513 | 11,421 | 5,711 | 9,085 | 5,581 |
| 5,753 | 11,421 | 5,646 | 9,085 | 5,711 |
| 6,033 | 11,551 | 5,776 | 9,085 | 5,516 |
| 6,333 | 11,486 | 6,035 | 9,085 | 5,581 |
| 6,503 | 11,551 | 6,360 | 9,734 | 6,035 |
| 23.300 | 16,937 | 10,383 | 14,277 | 9,734 |
| 23.650 | 17,067 | 10,318 | 15,575 | 9,734 |
| 23,983 | 17,002 | 10,253 | 14,277 | 10,383 |
| 24.250 | 17,262 | 10,253 | 14,926 | 9,994 |
| 24,983 18,625 | 11,486 | 16,224 | 11,292 |
Tabel 2. Verplaatsing versus tijd van het schuim van de monsters bij 100% RV (natte exemplaren).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Uit de verkregen gegevens kan men zien dat de gelijktijdige testscenario heeft invloed op de duurzaamheid van de gesloten-cel polyurethaanschuim specimens. Dit kan worden gezien door vergelijking van de significant verschillende verplaatsingen (figuur 5) en residuele belasting tot falen (figuur 6) van droge en natte monsters. Figuur 7 toont beelden van de monsters na de reststerkte proeven. Ook moet worden opgemerkt dat, terwijl de verplaatsing van de droge exemplaren bereikte een steady state binnen de observatie-interval van 24 uur, die van de natte exemplaren niet. Daarom zullen toekomstige tests uitgevoerd langere tijdsinterval, hetzij bereiken van een steady-state gedrag van de geconditioneerde monsters of aantoont dat steady-state misschien niet mogelijk binnen een gegeven test tijdsbestek (bijvoorbeeld als het materiaal ervaringen degradatie die leidt tot falen).
De boxplots van figuur 6
Een directe vergelijking van dit resultaat kan niet worden gemaakt met de literatuur vanwege de relatief beperkte gepubliceerde gegevens en de verschillende materialen en belastingsprofielen door verschillende auteurs geselecteerd. Echter, de vertegenwoordiger van de resultaten verkregen met dit armatuur aansluiten bij de trend waargenomen van Gellert en Turley 7 over "aanzienlijk hoger" creep doorbuigingen ervaren door hun glasvezelversterkt monsters.
De testapparatuur kan worden verbeterd om de robuustheid te verhogen en gebruiksgemak. Sliding mounts worden toegevoegd aan de basis van het bovenframe steunt de potentiometers houden in een veiliger manier. Dit zal de mogelijkheid te ondervangen en derhalve verhoging van de nauwkeurigheid van de metingen. Bovendien zal de potentiometers wordenaangesloten op broodplankjes in drie-polige schroefklemmen. Dit zal ook de nauwkeurigheid van de metingen omdat de noodzaak de potentiometer raken daarbij metingen elimineren.
Aanvullende verbeteringen zou verder de flexibiliteit van de inrichting. Zo zal een nieuw deksel worden ontwikkeld om een luchtdichte afdichting te creëren bij het testen van potentieel schadelijke chemicaliën. Deze verandering zal waarschijnlijk leiden tot een wijziging van protocol Stap 1. Een verwarmingselement kan ook worden toegevoegd zodat testen bij verhoogde temperaturen. Bij het testen van een zoutoplossing, kan een magnetische roerstaaf worden beschouwd in plaats van een dure roestvrijstalen verwarmingselement. Dit zou een aanpassing aan de basis van de inrichting voor het opnemen van een magnetische bron vereist. De resulterende testapparatuur zal een breder beeld van hoe het gelijktijdig testen van invloed op de duurzaamheid van polymeren en polymere biedenmatrix composieten onder verschillende De bedrijfsomstandigheden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
De auteurs danken Destiny Garcia, Serena Ferraro, Erik Quiroz en Steven Kern (Advanced Composites Research, Engineering and Science laboratorium) voor hun hulp bij het ontwerpen en vervaardigen van de testopstelling. Shawn Malone, Michael Akahori, David Kehlet (Engineering Fabrication Lab) worden bedankt voor hun suggesties en hulp in het bewerkingsproces. De steun van de National Science Foundation (collaborative subsidie CMMI-1.265.691 en zijn REU supplement) en het Office of Naval Research (N00014-13-1-0604 naar A. Muliana, Texas & M University (Principal Investigator), en V. La Saponara , beheerd door programmadirecteur Yapa Rajapakse) wordt erg gewaardeerd.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum 6061 rectangular bars | McMaster-Carr, USA | 8975K268, 1668T72, 7062T17, | Part of testing platform |
| Aluminum 6061 90° angles | McMaster-Carr, USA | 8982K91, 8982K14 | Part of testing platform |
| 440C stainless steel | McMaster-Carr, USA | 6253K52 | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.236 in. thick x 10.75 in. wide x 16.75 in. long) | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.354 in. thick x 6 in. wide x 10 in. long) | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.354 in. thick x 6 in. wide x 16.75 in. long) | Part of testing platform |
| Polycarbonate sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.375 in thick, 11.5 in. wide, 17.5 in long) | Part of testing platform |
| Expanded polystyrene foam | Home Depot | Model # 310880 Internet # 202532855 | Part of testing platform |
| Galvanized steel rope | McMaster-Carr, USA | 3498T63 | Part of testing platform |
| Steel eye bolt | McMaster-Carr, USA | 3013T341 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel 90° angle | McMaster-Carr, USA | 9017K444 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel rods | McMaster-Carr, USA | 8920K84, 8920K75, 8920K231, 8920K135, 8920K84 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel tubes | McMaster-Carr, USA | 6527K314, 8910K394, 8910K395, 8920K94 | Part of testing platform |
| 304 stainless steel U-bolt | McMaster-Carr, USA | 8896T104 | Part of testing platform |
| Steel pulley | McMaster-Carr, USA | 3099T34 | Part of testing platform |
| 1008 carbon steel sheets | McMaster-Carr, USA | 9302T113 | Part of testing platform |
| Light duty swivel casters | Harbor Freight, USA | 41519 | Part of testing platform |
| 100-lbf Vinyl Weight Set | Overstock.com | 11767059 | Part of testing platform |
| Closed-cell polyurethane foam | General Plastics, USA | FR-3704 | Testing samples |
| Deionized water | Faucet, PurLab filtering system | N/A | Conditioning fluid of tank |
| Torsional spring | Retractable Key Clip, Ebay, USA | Lot 10 | Used to build string potentiometer |
| Kevlar thread | Cabela’s | IK-321909 | Used to build string potentiometer |
| 10 kOhm potentiometer | Ebay, USA | 3590S-2-103L | Used to build string potentiometer |
| Digital multimeter | Harbor Freight, USA | 98674 | Used to take resistance measurements of string potentiometer |
References
- Katnam, K. B., Da Silva, L. F. M., Young, T. M. Bonded repair of composite aircraft structures: A review of scientific challenges and opportunities. Prog Aerosp Sci. 61, 26-42 (2013).
- Hollaway, L. C. A review of the present and future utilization of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties. Constr Build Mater. 24, 2419-2445 (2010).
- Mouritz, A. P., Gellert, E., Burchill, P., Challis, K. Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Compos Struct. 53, 21-41 (2001).
- Albanilla, M. A., Li, Y., Karbhari, V. M. Durability characterization of wet layup graphite/epoxy composites used in external strengthening. Compos Part B-Eng. 37, 200-212 (2006).
- Jedidi, J., Jacquemin, F., Vautrin, A. Accelerated hygrothermal cyclical tests for carbon/epoxy laminates. Compos. Part A –Appl. Sci. 37, 636-645 (2006).
- Jones, L. C., Tsao, A. K., Topoleski, L. D. T. Orthopedic Implant Retrieval and Failure Analysis. Degradation of Implant Materials. N, E. liaz , Springer. 393-447 (2012).
- Gellert, E. P., Turley, D. M. Seawater immersion ageing of glass-fibre reinforced polymer laminates for marine applications. Compos. Part A –Appl. Sci. 30, 1259-1265 (1999).
- Sugita, Y., Winkelmann, C., La Saponara, V. Environmental and chemical degradation of carbon/epoxy lap joints for aerospace applications, and effects on their mechanical performance. Compos. Sci. Technol. 70, 829-839 (2010).
- Campbell, R. A., Pickett, B. M., La Saponara, V., Dierdorf, D. Thermal Characterization and Flammability of Structural Epoxy and Carbon/Epoxy Composite with Environmental and Chemical Degradation. J. Adhes. Sci. Technol. 26, 889-910 (2012).
- Landry, B., LaPlante, G., LeBlanc, L. R. Environmental effects on mode II fatigue delamination growth in an aerospace grade carbon/epoxy composite. Compos. A-Appl. Sci. 43, 475-485 (2012).
- Ferracane, J. L. Hydroscopic and hydrolytic effects in dental polymer networks. Dent. Mater. 22, 211-222 (2006).
- Mueller, Y., Tognini, R., Mayer, J., Virtanen, S. Anodized titanium and stainless steel in contact with CFRP: An electrochemical approach considering galvanic corrosion. J. Biomed. Mater. Res. –A. 82, 936-946 (2007).
- Bagley, E., Long, F. A. Two-state Sorption and Desorption of Organic Vapors in Cellulose Acetate. J. Am. Chem. Soc. 77, 2172-2178 (1955).
- Shen, C. -H., Springer, G. Moisture Absorption and Desorption of Composite Materials. J. Compos Mater. 10, 2-20 (1976).
- Zhou, J., Lucas, J. P. Hygrothermal effects of epoxy resin. Part I: the nature of water in epoxy. Polymer. 40, 5505-5512 (1999).
- Abot, J. L., Yasmin, A., Daniel, I. M. Hygroscopic Behavior of Woven Carbon-Epoxy Composites. J. Reinf. Plast. Comp. 24, 195-207 (2005).
- LaPlante, G., Ouriadov, A. V., Lee-Sullivan, P., Balcom, B. J. Anomalous Moisture Diffusion in an Epoxy Adhesive. J. Appl. Polym. Sci. 109, 1350-1359 (2008).
- Weitsman, Y. J. Anomalous fluid sorption in polymeric composites and its relation to fluid-induced damage. Compos. Part A –Appl. Sci. 37, 617-623 (2006).
- Karbhari, V. M., Ghosh, K. Comparative durability evaluation of ambient temperature cured externally CFRP and GFRP composiste systems for repair of bridges. Compos. Part A –Appl. Sci. 40, 1353-1363 (2009).
- Neumann, S., Marom, G. Free-volume dependent moisture diffusion under stress in composite materials. J. Mater. Sci. 21, 26-30 (1986).
- Wan, Y. Z., Wang, Y. L., Huang, Y., He, B. M., Han, K. Y. Hygrothermal aging behaviour of VARTMed three-dimensional braided carbon-epoxy composites under external stresses. Compos. Part A –Appl. Sci. 36, 1102-1109 (2005).
- Helbling, C. S., Karbhari, V. M. Investigation of the Sorption and Tensile Response of Pultruded E-Glass/Vinylester Composites Subjected to Hygrothermal Exposure and Sustained. J. Reinf. Plast. Comp. 27, 613-638 (2008).
- Kasturiarachchi, K. A., Pritchard, G. Water absorption of glass/epoxy laminates under bending stresses. Composites. 14, 244-250 (1983).
- Abdel-Magid, B., Ziaee, S., Gass, K., Schneider, M. The combined effects of load, moisture and temperature on the properties of E-glass/epoxy composites. Compos Struct. 71, 320-326 (2005).
- Ellyin, F., Rohrbarcher, C. The Influence of Aqueous Environment, Temperature and Cyclic Loading on Glass-Fibre/Epoxy Composite Laminates. J Reinf Plast Comp. 22, 615-636 (2003).
- Earl, J. S., Dulieu-Barton, J. M., Shenoi, R. A. Determination of hygrothermal ageing effects in sandwich construction joints using thermoelastic stress analysis. Compos Sci Technol. 63, 211-223 (2003).
- Jeon, J., Muliana, A., La Saponara, V. Thermal stress and deformation analyses in fiber reinforced polymer composites undergoing heat conduction and mechanical loading. Compos. Struct. 111, 31-44 (2014).
- Muliana, A. H., Rajagopal, K. R., Wineman, A. A new class of quasi-linear models for describing the non-linear viscoelastic response of materials. Acta Mech. 224, 2169-2183 (2013).
- Joshi, N., Muliana, A. Deformation in Viscoelastic Sandwich Composites Subject to Moisture Diffusion. Compos. Struct. 92, 254-264 (2010).
- Muliana, A. H., Sawant, S. Viscoelastic Responses of Polymer Composites with Temperature and Time Dependent Constituents. Acta Mech. 204, 155-173 (2009).
- Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer. Matrix Composite Materials. ASTM International. , (2004).
