Abstract
Holdbarheten av polymerer og fiberarmert polymer kompositter henhold tjeneste tilstand er et viktig aspekt som skal behandles for sine robuste design og tilstandsbasert vedlikehold. Disse materialene er vedtatt i et bredt spekter av tekniske applikasjoner, fra fly- og skipskonstruksjoner til broer, vindturbinblader, biomaterialer og biomedisinsk implantater. Polymerer er viskoelastiske materialer, og deres reaksjon kan være svært lineær og dermed gjøre det vanskelig å forutsi og overvåke deres in-service ytelse. Laboratoriet-skala testing plattform som presenteres her bistår etterforskningen av påvirkning av samtidige mekaniske belastninger og miljøforhold på disse materialene. Plattformen er designet for å være rimelig og brukervennlig. Kjemisk bestandige materialer gjør plattformen tilpasningsdyktig til studier av kjemisk nedbrytning på grunn av i-tjeneste eksponering for væske. Et eksempel på et eksperiment ble utført ved romtemperatur på lukket-celle polyuretanskumprøver lastet med en vekt tilsvarende ca. 50% av sin endelige statisk og tørr last. Resultatene viser at testapparatet er passende for disse studiene. Resultater også markere større sårbarhet for polymeren henhold samtidige lasting, basert på de høyere midtpunkt forskyvninger og lavere restfeilbelastninger. Anbefalinger er gjort for ytterligere forbedringer i testapparatet.
Introduction
Polymer og fiberarmert polymer (FRP) kompositter er vedtatt i en rekke byggverk, alt fra fly og romfartøy, marinefartøyer, sivil infrastruktur, (se eksempler vurderinger av Katnam et al. 1, Hollaway 2, Mouritz m.fl. . 3), biler og tog, vind turbinblader, til protetikk og biomaterialer for sting og implantater. Disse materialene 'holdbarhet påvirkes av komplekse tjenester scenarier, som kan inkludere en kombinasjon av en) termo-mekanisk belastning, f.eks fryse-tine sykluser i sivil infrastruktur 4, profiler Subsonic / supersonisk fly 5, slitasje i metall-støttet polyetylen 6) ; b) degradering på grunn av miljømessige og kjemiske midler, for eksempel, sjøvann, de-icing, hydraulisk væske for luftfart og marine konstruksjoner 7-10, fornedrelse av polymetylmetakrylatkuler dentale kompositter på grunn av spytt 11; c) kompleks interactions av materialer i festet eller limte skjøter, for eksempel, galvanisk korrosjon og debonding mellom ulike materialer, enten i et karbon / fiber patch reparasjon på et fly aluminium hud, eller en karbon / PEEK bein plate festet med rustfritt stål 12.
Det er dessverre begrenset kunnskap om virkningen av samtidige i-tjeneste stimuli på den langsiktige holdbarheten av disse materialene. De fleste polymerer kan bli kategorisert som viskoelastiske materialer. Mekaniske belastninger og miljøforhold ha stor innflytelse på viskoelastiske responsen av polymerer. Derfor bør pålitelige modeller for disse materialene langsiktige oppførsel kunne innlemme tidsavhengige responser til kombinert hygrotermiske, mekaniske, kjemiske stimuli. Dette i sin tur vil bedre utforming spådommer, sikkerhet og tilstandsbasert vedlikehold / utskifting protokoller.
Det er en stor litteratur kropp på eksperimentell testing på hygrotermiske effekterFor eksempel hygrotermiske diffusjonstester: hvis omfanget av prøvene tillater det, materialprøvene kan være plassert i et kammer ved ønskede fuktighets- og temperaturnivåer. Prøvene blir fjernet med jevne mellomrom for å måle deres masse og / eller volumendringer for en gitt tidsperiode, fra uker til år 10,13-17. Den hygrotermiske testen kan bli etterfulgt av mekanisk testing, dvs. rest statisk / tretthet styrke / fraktur mekanikk testing 17-19, som bare gir informasjon om effekten av hygrotermiske stimulans på de mekaniske svarene av materialer. Testdata kan monteres til diffusjon modeller av varierende kompleksitet, fra enkle Fick diffusjon til modeller som inkluderer avhengigheten av konsentrasjon, stress, temperatur, reversibel fysisk aldring / mykgjøring og irreversible kjemiske reaksjoner. Denne eksperimentelle utgang kan videre innarbeides i strukturanalyser.
Noen forfattere har adressert effekten av samtidig hygrothermal og mekaniske stimuli. Blant de forsker Frp kompositter, Neumann og Garom 20 nedsenket stresset og trykklette eksemplarer i destillert vann. Stress ble påført ved å plassere prøvene inni komprimerte fjærer i rustfritt stål, tuning belastningen ved hjelp av ulike fjærstivheter og trykkbelastninger. En lignende prosedyre er rapportert av Wan et al., 21. Helbling og Karbhari 22 ansatt en bøye ligaen inne et miljøkammer for ulike relative luftfuktighet prosenter (RH%) og temperaturnivåer. De forbehandlede prøver ble underkastet en gitt bøyestamme nivå, som svarer til en prosentandel av den statiske strekkstamme for at kompositten. Kasturiarachchi og Pritchard 23 utarbeidet en rustfritt stål 4-punkts bøying pilk (ett per eksemplar) som ble plassert på en hylle i et stort glass eksikkator. Eksikkatoren ble delvis fylt med destillert vann, hadde små lekkasjer for å hindre buildup av trykk, og er plassert i et fuktighetskammer ved 95% relativ fuktighet. Gellert og Turley 7 undersøkt marine-grade Frp kompositt prøver for sin holdbarhet i henhold kombinert krype lasting og 100% RF. Deres Prøvene ble påført i fire-punkts bøyning ved en konstant belastning lik 20% av svikt statisk bøyning belastning, mens fullt neddykket i sjøvann. Krype avbøyning ble kjøpt periodisk ved hjelp av en tykkelse mellom den ytre overflate av bjelken i den sentrale tverrsnitt, og en glassplate (det utledes at en slik måling ble utført på utsiden av kammeret). Abdel-Magid et al., 24 er lagt inn prøver av glass / epoksy i en Invar miljø armatur som ble gitt av NASA Langley, da prøvene ble lagt i strekk langs fiberretningen, ved 20% av den endelige aksiale belastning. Ellyin og Rohrbarcher 25 kjørte hygrotermiske tester for opp til 140 dager, og deretter testet prøvene i trøtthet på en hydraulisk testing maskin. Prøvens ble pakket inn i et vått osteklede som er koblet til et rør, og en vanntilførsel. Earl 26 mfl. Posisjonert deres lasting av ligaen og prøvene i en stor miljøkammer (5,5 m 3).
Som omtalt i mange eksperimentelle studier, miljøforholdene påvirker polymerer enes mekaniske egenskaper og reaksjoner. Noen begrensede forsøk viser også at eksistensen av mekanisk påkjenning / belastning påvirker diffusjonsprosess i polymerene. Derfor, for å forbedre forståelsen av den generelle ytelsen til polymerbaserte materialer under både mekanisk og ikke-mekaniske effekter, er det et behov for samtidig testing.
Det var flere mål bak utformingen av testplattform diskutert i dette papiret. Først, er plattformen del av det eksperimentelle oppsettet i en multi-års etterforskning på hygrothermo-mekaniske oppførsel av forskjellige typer FRP sandwich-kompositter for vindturbin ennd marine tekniske applikasjoner. Testdata brukes til å kalibrere parametrene i de viskoelastiske konstitutive ligninger for de polymerkompositter. De konstitutive modellene er basert på den utviklet seg gjennom årene ved Muliana og kollaboratører 27-30 arbeid. Det andre målet var å ha en lav pris og brukervennlig testplattform, for eksempel en som lett kan flyttes i et laboratorium (for eksempel, til en målestokk for massemåling, eller til kilden av fluid, for eksempel en som kommer fra en kran, et fumehood eller en brennbar kabinett). Det tredje målet var å skape en testplattform som er resistent mot en rekke kjemikalier som vanligvis brukes i tjeneste (spesielt hydraulisk væske, de-icing, løsemidler for luftfart applikasjoner 8-10), og dermed prøver kan være midt i slike kjemikalier, og deres holdbarhet kunne bli vurdert.
Kammeret (Figur 1) ble konstruert med høy tetthet PEGne, som har høy kjemisk resistens. Som nevnt ovenfor, er det ventet at det videre arbeidet vil omfatte hygrothermo-mekanisk undersøkelse av kompositter nedsenket i hydraulisk væske, avising, løsemidler. Siden termisk regulering er en integrert del av testing, ble ekspandert polystyrenskum passe rundt sidene av tanken, og festet på plass ved hjelp av båndet og stålkonstruksjonen i seg selv, for å hindre varmeutveksling med omgivelsene.
Lokket av kammeret (figur 2) ble fremstilt av transparent, 9,525 mm tykk polykarbonat, slik at brukerne kan observere prøvene under testing uten å forstyrre testen. Lokket er festet på plass ved aluminium T-profil, som var maskinert for å skyve under hengende brakettene på hver side av tanken.
Bøying i prøvene er vedtatt av tre aluminiums blokker, som henger ned fra lokket, og er festet gjennom sporene i lokket. De tre blokkene tillater opp til fire specimens som skal testes på en gang, mens lokket sporene tillate blokken avstanden kan justeres avhengig av lengden av prøvene. Hver blokk er avrundet i kontaktkanten til en 12,7 mm diameter, i tilslutning til ASTM standard D790-10. Prøvene blir plassert under to av de tre blokker, med en oppadrettet kraft som utøves på sitt senter for å indusere bøye (figurene 1-2).
Apparatet er designet med maksimal allsidighet og lette-av-bruk i tankene. Trinser med mm diameter 41,275 er festet under kammeret for mobilitet formål. Ovenfor dem, er tanken støttes av en sveiset stålramme med en netting bunn og tverrbjelker for støtte. Vinkel lager avstandsstykker for de utvendige tank hjørnene ble produsert for å holde isolasjonen fra å bli knust av overhead vekt og forskyvning målere (string potten apparat, diskutert senere). Rundt toppen, ble vinkelen lager brukes igjen for innramming. Trinse og streng potensiometerpluggene systemer til målere midt i spenn avbøyning er montert på fire stål, kvadratisk rør buer (figur 3). Senteret to buer ut av disse fire bære strengen potensiometre og kan justeres til å gjøre rede for prøve allsidighet. Strengen potensiometre ble bygget ved hjelp av en torsjonsfjær (som kan finnes i uttrekknøkkel lanyards) og potensiometre med tredelt elektroniske utganger. Trinsene er innrettet og montert for bruk med en stålkabel som løper fra en stiv forbindelse av prøven til en hengende stang over siden av kammeret for justerbar vekt søknad.
Lasten påført prøven ved hjelp av en serie av kabler, skiver, bindinger og bolter. Først blir prøven plassert i den U-bolten slik at 10 mm tverrstangen er i kontakt med midten av spennet. En 9,525 mm diameter stålstang med øyebolter i hver ende blir deretter koplet til U-bolten. Dette stålet forbindelse passerer gjennom lokket av kammeret. En stålkabel og Kevlar thread er festet til øyebolten på motsatt side av U-bolten. Dette gjør det mulig for Kevlar tråd fra strengen potensiometer for å lese data fra et stivt punkt. Stålkabel fortsetter oppover og går over to trinser som gjør at lasten som skal anvendes ved periferien av tanken. Kabelen er så festet til en 9,525 mm diameter stålstang som tjener som en slisset vekt hengeren. Denne hengeren tilbyr et sted hvor de avlange vekter kan stilles for å kunne søke ønsket belastning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Legge prøvene
- Heve lokket av tanken og hviler på sidestøttene (figur 4).
- Plasser prøven i U-bolt, og sikre at korset bar er å ta kontakt på midten av prøven.
- Hviler endene av prøven på aluminium bærere som henger ned fra lokket. Endene av prøvene bør ha 5-10 mm overheng.
- Gjenta trinn 1.2 til 1.4 for alle prøvene som skal testes.
- Ta av lokket støtter, nedre øyelokk, og sørg for at lokket sitter på kanten av tanken.
- Anvende den ønskede kraft ved å legge vekt på stålstangen ved siden av den ytre trinse.
2. Måling Displacement
- Sørg for at strengen potensiometer linje trukket stramt.
- Ved hjelp av en digital multimeter, måle motstanden over de ytre stiftene på potensiometeret (figur 3), med svart til Pin 1 og rødt til Pin 3,og ta opp lesingen.
- Konverter motstanden leser inn en forskyvning lesing ved beregning av kalibreringsfaktoren (i dette tilfelle tilsvarer en kohm til en 64,895 mm forskyvning).
- Gjenta trinn 2.1 til 2.3 for hver prøve.
3. Veiing Prøver
- Før du begynner å veie prosedyre, registrere fortrengnings data og utarbeide en midlertidig holding kammer fylt med testing væske ved RT, som per ASTM D5229 31, eller den aktuelle testing standard.
- Fjern de avlange vekter fra endene av stålkabler.
- Heve lokket av tanken og hviler på sidestøttene.
- Fjern prøven og plassere den i forberedt midlertidig holdekammeret. Gjenta dette trinnet for alle prøvene.
- Fjern prøvene og tørk dem individuelt ved hjelp av en mikrofiberklut for å fjerne overflødig væske.
- Plasser prøven på en høy presisjon skala og registrere data reading.
- Gjenta trinn 03.05 til 03.06 for alle prøver og deretter følge Protocol Trinn 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Testapparatet har med hell holdt prøvestykker nedsenket i et fluid i henhold til tre-punkts bøying. Med rimelige presiseringer, kan prøvene være lastet og testet med nøyaktige avlesninger fra potensiometere for mid-point deflection endringer. Endringen i elektrisk resistans kan tas opp til 4 signifikante tall, noe som resulterer i en forskyvningsoppløsning på i størrelsesorden 0,1 um.
Hygrothermo-mekaniske forsøk ble gjennomført ved romtemperatur i to grupper på fire prøver av lukket-celle-polyuretanskum, med nominelle dimensjoner 215 mm lengde x 24 mm bredde x 18 mm tykkelse. En gruppe ble testet i kammeret under tørre betingelser, beregnet som a) i luft inne i tanken, og b) ved omgivende relativ fuktighet på ~ 50% RH (testen fant sted i slutten av juni i et laboratorium som ligger i varmt og tørr nordlige California Central Valley, i USA). Denne første gruppen av prøvene er heri angitt som "tørre prøver '. Den andre gruppen avprøvene ble testet i tanken mens fullstendig oppslukt i avionisert vann (100% RH, her angitt som 'våte prøver'). Prøvene ble ladet med hengende vekter omtrent lik 50% av sin endelige belastning under statiske tørre betingelser, noe som resulterer i (1,780 ± 0,116) kg. Anvendelsen av hver hengende vekt tok noen sekunder, for å oppnå kvasi-statisk belastningsforhold. Det var ventet at skummet vil ha en ikke-lineær viskoelastisk oppførsel, men det var ikke kjent a priori hvor den samtidige stimuli ville redusere skum holdbarhet i forhold til de tørre prøver.
Motstandsmålinger på den digitale multimeter ble tatt for hver prøve, på ca 15 min intervaller for første seks timer med testing. Målingene ble foretatt på nytt etter ytterligere 18 timer. Fra dette ble endringen i midten av spennet avbøyning spores. Basert på data samlet inn, forskyvning etter 24 timer for den tørre prøvene var (2,141 ± 0,371) mm,mens forskyvningen til de fuktige prøvene var betydelig høyere, og lik (14,41 ± 3,62) mm (Figur 5, tabell 1).
Etter hvert prøvetur ble prøvene deretter testet for reststyrke ved å legge dem til fiasko. De våte prøver ble funnet å ha en restfeil belastning lik (2,970 ± 0,246) kg, sammenlignet med den gjenværende feil belastning (3,623 ± 0,0967) kg for de tørre prøvene, (figur 6, tabell 2). Oppløsningen for rest svikt belastningsmålinger var ± 0,194 kg.
Figur 1. Oversikt over store deler av testapparat. A. Høy tetthet polyetylen tank. B. polystyren skum isolasjon. C. Spor polykarbonat lokk. D. Aluminum T bar og overheng brakett. E. Tre-punkts bøying supports. F. Bottom ramme. G. Vinkelavstandsstykker. H. Top ramme. I. String potensiometer forsamlinger. J. Nedre lasting montering. K. Slotted vekter og hengeren. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Detaljert visning av lokket. A. Høy tetthet polyetylen tank. C. Spor polykarbonat lokk. D. Aluminum T-bar og overheng brakett. E. Trepunkts bøying støtter. J. Nedre lasting montering. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. String potensiometer montering av testapparatet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Lid støtter av testapparatet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. Mid-span forskyvning variasjon med tiden, for tørre og våte prøver. Please klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6. Boksplott av rest laster til fiasko, for tørre og våte prøver, som viser større sårbarhet for de våte prøver. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. Bilder fra skumprøver etter at restbøyestyrketester: (A) og (B) tørre prøver, (C) og (D) våte prøver. Den nominelle prøven bredde er24 mm. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Timer fra start | Endring av forskyvning (mm), prøve 1 | Endring av forskyvning (mm), prøve 2 | Endring av forskyvning (mm), prøve 3 | Endring av forskyvning (mm), prøve 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 |
Tabell 1. Forskyvning vs. tid av skumprøver ved omgivelses relativ luftfuktighet (tørre eksemplarer).
| Timer fra start | Endring av forskyvning (mm), prøve 1 | Endring av forskyvning (mm), prøve 2 | Endring av forskyvning (mm), prøve 3 | Endring av forskyvning (mm), prøve 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 |
Tabell 2. Displacement vs. tid av skum prøver ved 100% RF (våte eksemplarer).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Fra de innhentede data, kan det sees at den samtidige testscenario påvirke holdbarheten av lukket-celle-polyuretan skumprøver. Dette kan sees ved å sammenligne de forskjellige forskyvninger i betydelig grad (figur 5) og restbelastninger til svikt (figur 6) av tørre og våte prøver. Figur 7 viser bilder av prøvene etter at de resterende styrketester. Det bør også bemerkes at, mens forskyvningen av de tørre prøvene nådd stabil tilstand i løpet av observasjonsintervall på 24 timer, ikke de av de våte prøver. Derfor vil fremtidige tester gjennomføres for et lengre tidsintervall, for å oppnå enten en steady-state oppførsel av de behandlede prøvestykker eller fastslå at en slik stabil tilstand kan ikke være mulig innenfor et gitt test tidsperiode (for eksempel, hvis material erfaringer degradering som fører til svikt).
De boksplott i figur 6
En direkte sammenligning av dette resultatet kan ikke gjøres med litteraturen på grunn av den relativt begrensede publiserte data og de forskjellige materialer og lastprofiler valgt av forskjellige forfattere. Men de representative resultatene som oppnås med denne ligaen enig med trenden observert av Gellert og Turley 7 om "betydelig høyere" krype nedbøyninger oppleves av sine glassfiberarmert prøver.
Testingen apparat kan forbedres for å øke robustheten og brukervennlighet. Skyvefester legges på undersiden av topprammen støtter for å holde de potensiometre på en mer sikker måte. Dette vil redusere muligheten for bevegelse og dermed øke nøyaktigheten av målingene. Videre vil potensiometre værekoblet til små brødfjel inn tre-pinners skruterminaler. Dette vil også forbedre nøyaktigheten av målingene, fordi det vil eliminere behovet for å røre potensiometeret mens du tar målingene.
Ytterligere forbedringer er planlagt for ytterligere å øke fleksibiliteten av apparatet. For eksempel vil et nytt lokk bli utviklet for å skape en lufttett tetning når det testes potensielt skadelige kjemikalier. Denne endringen vil trolig føre til en modifisering av protokollen Trinn 1. En varmekolbe kan også tilsettes for å tillate testing ved forhøyede temperaturer. Ved testing av en saltoppløsning, kan en magnetisk rørestav betraktes i stedet for en kostbar rustfritt stål varmekolbe. Dette ville kreve en modifikasjon til bunnen av apparatet for inkorporering av en magnetisk kilde. Den resulterende testapparat vil gi en bredere bilde av hvordan testing samtidig påvirker holdbarheten av polymerer og polymerkompositter under en rekke av in-service forhold.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
Forfatterne takker Destiny Garcia, Serena Ferraro, Erik Quiroz og Steven Kern (Advanced Composites Forskning, teknologi og realfag laboratorium) for deres hjelp i design og produksjon av testoppsettet. Shawn Malone, Michael Akahori, David Kehlet (Engineering Fabrikasjon Lab) er anerkjent for sine forslag og hjelp til bearbeiding prosessen. Støtte fra National Science Foundation (samarbeids stipend CMMI-1265691 og dens REU supplement) og Office of Naval Research (N00014-13-1-0604 til A. Muliana, Texas & M University (Principal Investigator), og V. La Saponara , administrert av programdirektør Yapa Rajapakse) er takknemlig verdsatt.
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).
