Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Polimer Dayanıklılık Çalışmaları ve Eşzamanlı Hygrothermo-mekanik Uyaranlara altında Fiber takviyeli kompozitler Polimer A Test Platformu

Published: December 11, 2014 doi: 10.3791/52464

Abstract

Servis koşullarında polimerlerin ve fiber takviyeli polimer kompozit dayanıklılık onların sağlam tasarımları ve koşul tabanlı bakım için ele alınması gereken kritik bir yönüdür. Bu malzemeler uçak ve gemi yapılardan, köprüler, rüzgar türbin kanatları, biyomalzeme ve biyomedikal implantlar, mühendislik uygulamalarında geniş bir yelpazede kabul edilir. Polimerler viskoelastik malzemeler ve onların yanıt oldukça doğrusal olmayan olması ve dolayısıyla tahmin ve onların içinde hizmet performansını izlemek için zorlu hale getirebilir. Burada sunulan laboratuvar ölçekli test platformu eşzamanlı mekanik yüklemeler ve bu malzemelerin çevre koşullarının etkisi soruşturma yardımcı olur. Platform, düşük maliyetli ve kullanıcı dostu olacak şekilde tasarlanmıştır. Onun kimyasal dayanıklı malzemeler nedeniyle sıvılara hizmet maruz kalma, kimyasal bozulma çalışmalara platform adapte olun. Deneyin bir örneği, kapalı hücreli poliüretan oda sıcaklığında yürütülmüştürKöpük numuneleri nihai statik ve kuru yük ~% 50 karşılık gelen bir ağırlık yüklenmiştir. Sonuçlar test cihazı, bu çalışmalar için uygun olduğunu göstermektedir. Sonuçlar ayrıca yüksek orta noktası değiştirmeler ve alt artık başarısızlık yükleri dayalı, eşzamanlı yük altında polimer büyük güvenlik açığı vurgulayın. Öneriler test cihazları için ek iyileştirmeler için yapılır.

Introduction

Polimer ve elyaf takviyeli polimer (FRP) kompozitler uçak ve uzay, donanma gemileri, sivil altyapı kadar, mühendislik yapılarının çeşitli kabul edilmiştir, (Katnam ark. 1, 2 Hollaway, Mouritz ark örnekleri yorumlara bakınız . 3), sütür ve implantlar için protez ve Biyomalzemelere arabalar ve trenler, rüzgar türbin kanatları,. Bu malzemelerin dayanıklılığı bir birleşimini içerebilir karmaşık hizmet senaryoları,) termo-mekanik yükleme, örneğin, donma-çözülme döngüleri sivil altyapı 4, sesaltı / süpersonik uçuş 5 profilleri, metal destekli polietilen giymek etkilenir 6) ; nedeniyle çevresel ve kimyasal ajanlar, örneğin, deniz suyu, de-icing, havacılık ve deniz yapıları 7-10 nedeniyle tükürük 11 Polimetilmetakrilat diş kompozit bozulması için hidrolik sıvısı b) bozulması; c) kompleks entegrasyontutturulmuş veya yapıştırılmış eklemler, farklı malzemeler arasında, örneğin, galvanik korozyona ve bağ açılma, malzemelerin kesirlere bir uçak alüminyum deri veya paslanmaz çelikten 12 ile tutturulmuş bir karbon / PEEK kemik plaka üzerinde bir karbon / fiber yama onarımı olsun.

Ne yazık ki bu malzemelerin uzun süreli dayanıklılık üzerine eşzamanlı hizmet uyaranların etkisi bilgi var sınırlıdır. Çoğu polimer viskoelastik malzeme olarak sınıflandırılabilir. Mekanik yüklemeler ve çevre koşulları önemli ölçüde polimerlerin viskoelastik yanıtını etkiler. Bu nedenle, bu malzemelerin uzun süreli davranış için güvenilir modeller birleştiğinde Hygrothermal, mekanik, kimyasal uyaranlara zamana bağımlı yanıtları dahil etmek gerekir. Sırayla Bu tasarım tahminlerde, güvenlik ve koşul tabanlı bakım / yedek protokolleri artıracaktır.

Higrotermal etkileri üzerine deneysel testler büyük bir literatür gövdesi vardırÖrneğin higrotermal difüzyon testleri için: numune büyüklüğü izin veriyorsa, malzeme numuneleri, istenen nem ve sıcaklık seviyelerinde bir oda içinde konumlandırılabilir. Numuneler hafta yaşından 10,13-17 için, belirli bir zaman miktarı için kendi kütle ve / veya hacim değişiklikleri ölçmek için düzenli aralıklarla çıkarılır. higrotermal testi sadece malzemelerin mekanik yanıtları higrotermal uyarıcı etkisi hakkında bilgi verir Mekanik testler, yani, artık statik / yorulma mukavemeti / kırılma mekaniği test 17-19 tarafından takip edilebilir. Test verileri konsantrasyon, stres, sıcaklık, geri dönüşümlü fiziksel yaşlanma / plastikleşmesi ve geri dönüşümsüz kimyasal reaksiyonlar bağımlılığı dahil modellerin basit Fickian difüzyon, karmaşıklığı değişen difüzyon modellerine monte edilebilir. Bu deneysel çıkışı, yapısal analiz de dahil edilebilir.

Birkaç yazarlar eşzamanlı hy etkisini ele alınmıştırgrothermal ve mekanik uyaranlar. Bu araştırma FRP kompozit arasında, Neumann ve Garom batırma 20 vurguladı ve damıtılmış su içinde stressiz örnekleri. Stres sıkıştırılmış paslanmaz çelik yaylar içinde örnekleri konumlandırma uygulanmış, farklı bahar rijitliklerinin ve basınç yüklerini kullanarak yükü ayarlama. Benzer bir prosedür, Wan ve diğerleri. 21 tarafından bildirilir. Helbling ve Karbhari 22 farklı nispi nem oranları (RH%) ve sıcaklık seviyeleri için bir çevre odasının içine bir bükülme armatürü kullanılabilir. ön şartlandırılmış örnekler bu bileşik için statik kopma suşunun bir orana karşılık gelen, belirli bir bükülme gerilme seviyesine tabi tutuldu. Kasturiarachchi ve Pritchard 23 büyük bir cam desikatörde bir rafta yerleştirilmiş bir paslanmaz çelik 4-noktalı eğilme jig (numune başına bir) hazırladı. kurutucu kısmen damıtılmış su ile doldurulmuştur, met önlemek için küçük bir sızıntı oldubasınç ildup ve% 95 bağıl nemde bir nem odasına yerleştirilir. Gellert ve Turley 7 kombine sürünme yükleme ve% 100 RH altında dayanıklılık için deniz dereceli FRP kompozit örnekleri incelendi. Tam olarak deniz suyu içine daldırılmış iken Bunların örnekleri, arıza statik eğilme yükünün% 20'ye eşit bir sabit yükte 4-nokta bükmede yüklendi. Sürünme saptırma merkezi enine kesitte kiriş, ve bir cam levhanın dış yüzeyi arasında bir kalınlık ölçer kullanılarak periyodik olarak satın alınmıştır (bu tür ölçüm bölmesinin dışında gerçekleştirilmiştir anlaşılmaktadır). Abdel-Magid ve diğ. 24 örnekler nihai eksenel yük% 20, lif yönü boyunca gerilim yüklü gibi, NASA Langley tarafından sağlanan bir Invar çevre fikstür cam / epoksi örnekleri yerleştirilir. Ellyin ve Rohrbarcher 25, 140 gün boyunca higrotermal testleri etti ve sonra bir hidrolik test makinesi üzerinde yorgunluk örnekler test edilmiştir. örneks, bir boru ve bir su kaynağına bağlanan bir ıslak tülbent sarılı. Earl ark. 26 kendi yükleme fikstür ve büyük bir çevre odasında (5.5 m 3) örneklerini konumlandırılmış.

Birçok deneysel çalışmalarda tartışıldığı gibi, çevresel koşullar polimerlerin mekanik özelliklerini ve yanıtları etkileyebilir. Bazı sınırlı deneyler, aynı zamanda, mekanik germe / gerilim mevcudiyeti polimerlerde difüzyon süreçlerinin kinetik durumunu göstermektedir. Bu nedenle, mekanik ve mekanik olmayan hem de etkisi altında, polimer esaslı malzemelerin genel performansı üzerinde iyi anlaşılması için, eş zamanlı test etmek için bir gereksinim vardır.

Bu yazıda tartışılan test platformunun tasarımı arkasında çeşitli hedefleri vardı. İlk olarak, platformu rüzgar türbini a için FRP sandviç kompozitlerin farklı türde hygrothermo-mekanik davranışı üzerinde çok yıllı soruşturma deneysel kurulum parçasıdırnd deniz mühendisliği uygulamaları. Test verileri polimerik kompozit viskoelastik bünye denklemleri parametreleri kalibre etmek için kullanılır. kurucu modeller Muliana ve işbirlikçileri tarafından 27-30 yılda geliştirilen çalışmalarına dayanmaktadır. İkinci amaç kolayca kitle ölçümleri için bir ölçekte, örneğin bir laboratuvarda (tehcir veya sıvı kaynağına olabilir örneğin bir düşük maliyetli ve kullanıcı dostu test platformu, örneğin, bir geliyor olması oldu Bir musluk, bir fumehood veya yanıcı kabineden). Üçüncü gol, böylece örnekleri gibi kimyasallar dalmış olabilir yaygın hizmet kullanılan kimyasalların bir dizi (havacılık uygulamaları 8-10 için solventler, özellikle hidrolik sıvısı, de-icing) dayanıklı bir test platformu oluşturmak oldu, ve onların dayanıklılık değerlendirilebilir.

bölme (Şekil 1), yüksek yoğunluklu polietilenglikoller ile inşa edilmiştirne, hangi yüksek kimyasal dirence sahiptir. Yukarıda zikredildiği gibi, bu gelecekte bir çalışma hidrolik sıvısı batırılmış kompozit hygrothermo mekanik araştırma, buz çözme, solventler dahil olacağı beklenmektedir. Isı düzenleme test bir yönü olduğu için, polistiren köpük tankı kenarlarına uyacak ve çevre ile ısı değişimini önlemek için, şerit ve çelik çerçeve kendisi ile yerinde.

odası (Şekil 2) kapak kullanıcı testi bozmadan test sırasında örnekleri gözlemlemek sağlayan şeffaf, 9,525 mm kalınlıkta bir polikarbonattan imal edilmiştir. Kapak tankın tarafta parantez sarkan altına kaymasına göre işlenmiş olan, alüminyum T 'demirlerinin ile yerinde tespit edilir.

Numunelerde eğilme kapağından aşağı asmak ve kapağın deliklerden bağlanır üç alüminyum blokları, tarafından çıkarılan edilir. Üç blok dört s'ye kadar izinkapak yuvaları blok aralığı örneklerinin uzunluğuna bağlı olarak ayarlanabilir izin ederken pecimens, bir seferde test edilecek. Her blok, ASTM standart D790-10 bağlılık içinde, 12.7 mm çapa temas kenarında yuvarlanır. Numuneler eğilme ikna etmek için onun merkezinde uygulanan bir yukarı kuvvet (1-2 Şekil) ile, üç bloktan iki altına konumlandırılmış.

Cihaz maksimum çok yönlülük ve kullanım kolaylığı-kullanım düşünülerek tasarlanmıştır. 41,275 mm çaplı tekerler hareket amacıyla bölmenin altında tespit edilir. Bunların ötesinde, depo destek tabanı tel gözenekli ve çapraz kirişler ile kaynak yapılmış çelik bir çerçeve ile desteklenir. Dış tankı köşeleri için Açı stok aralama (daha sonra tartışılacaktır, dize pot aparatı) havai ağırlık ve yer değiştirme göstergeleri ile ezilmekten yalıtım tutmak için üretilmiştir. Üst etrafında, açı stok çerçeveleme için tekrar kullanıldı. Kasnak ve dize potansiyometre sistemleri measu içinorta açıklık sapmasının yeniden dört çelik, kare boru kemerler (Şekil 3) üzerine monte edilmiştir. Bu dört üzerinden merkezi iki kemerli dize potansiyometreleri taşımak ve örnek yönlülük için hesap ayarlanabilir. üç koldan elektronik çıkışları ve potansiyometre (Katlanabilir kilit Boyunluklar bulunabilir gibi) dize potansiyometre bir burulma yayı kullanılarak inşa edilmiştir. kasnaklar hizalanır ve ayarlanabilir ağırlık uygulamaları için bölmenin yan üzerinde asılı çubuğa numunesi ile sağlam bir bağlantı uzanan bir çelik tel ile kullanılmak üzere monte edilmiştir.

Yük kabloları, kasnaklar, bağlantıların ve cıvata bir dizi kullanarak numunesine uygulanır. 10 mm'lik çapraz çubuk açıklığı orta temas böylece İlk olarak, numune kancası içine yerleştirilmiştir. Her bir ucunda halkalı cıvatalar ile bir 9,525 mm çapında çelik çubuk, daha sonra U cıvatasına bağlanır. Bu çelik bağlantı bölmesinin kapak boyunca geçer. Bir çelik kablo ve Kevlar thread kancası karşı mapa bağlıdırlar. Bu dize potansiyometresinden Kevlar iplik sert bir noktadan veri okumak için izin verir. çelik kablo yukarı devam eder ve yük tankı çevresine uygulanacak izin veren iki kasnaklar üzerinden geçer. Kablo daha sonra bir delikli ağırlık askı olarak hizmet eden bir 9,525 mm çapında çelik çubuk takılır. Bu askı yarıklı ağırlıkları istenilen yükü uygulamak için ayarlanabilir bir yer sağlar.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Örnekler yükleniyor

  1. (Şekil 4) Tankın kapağını kaldırın ve yan destekleri üzerine dinlendirin.
  2. U-cıvata örneği yerleştirin ve çapraz çubuk numunenin merkezinde temas ediyor emin olun.
  3. Kapak asılı alüminyum destekler üzerinde numune uçlarını dinlendirin. örneklerin uçları çıkıntı 5-10 mm olmalıdır.
  4. Tekrar test edilecek numunelerin tümü için 1,2-1,4 adımları.
  5. Kapak destekler çıkarın alt kapak ve kapak tankının dudak oturduğundan emin olun.
  6. Bir sonraki dış kasnak çelik çubuk ağırlıkları ekleyerek istenen kuvvet uygulayın.

2. Ölçme Deplasman

  1. Dize potansiyometre hattı gergin çekilir emin olun.
  2. Dijital multimetre kullanarak, Pin 3 Pin 1 siyah ve kırmızı, potansiyometrenin dış pimleri (Şekil 3) karşısında direncini ölçmekve okuma kaydedin.
  3. Kalibrasyon faktörü (bu durumda, 1 kH bir 64,895 milimetre karşılık gelir) hesaplanmasıyla okuma yer değiştirmesini okuma direnci dönüştürün.
  4. Tekrarlayın, her numune için 2.1-2.3 adımları.

3. Örnekler Tartım

  1. Tartım işlemi başlamadan önce, yer değiştirme verilerini kaydetmek ve ASTM D5229 31 veya uygun test standardına göre, oda sıcaklığında test sıvısı ile dolu bir ara tutma odasını hazırlamak.
  2. Çelik kablo uçlarından yarıklı ağırlıkları çıkarın.
  3. Tankın kapağını kaldırın ve yan destekleri üzerine dinlendirin.
  4. Örnek çıkarın ve hazırlanan ara tutma odasına yerleştirin. Örneklerin hepsi için bu adımı tekrarlayın.
  5. Örnekleri çıkarın ve bireysel aşırı sıvı kaldırmak için bir mikrofiber bez ile kurulayın.
  6. Yüksek hassasiyetli ölçekte örnek yerleştirin ve veri r kayıtider.
  7. Tekrar bütün örnekler için 3,5-3,6 adımları ve ardından Protokol Adım 1 izleyin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

test cihazı başarılı bir şekilde üç noktadan bükme altındaki bir sıvının içine daldırılmış örnekleri düzenlemiştir. Makul Precisions ile, örnekler yüklenebilir ve orta noktası saptırma değişiklikleri için potansiyometre gelen doğru okuma ile test edilmiştir. elektrik direncindeki değişimi 0.1 um mertebesinde bir yer değiştirme çözünürlükte elde edilen, 4 sayı olarak kaydedilebilir.

Hygrothermo mekanik testler, nominal boyutları 215 mm uzunluk x 24 mm genişlik x 18 mm kalınlıkta, bir kapalı hücreli poliüretan köpük dört numune iki grup ile oda sıcaklığında gerçekleştirilmiştir. Bir grup tankının içinde, havada bir şekilde amaçlanan kuru koşullarda odasına) test, b)% 50 RH (test laboratuvarında Haziran sonunda gerçekleşti ~ ortam bağıl nemde sıcak yer alıyordu ve ABD'de kuru kuzey Kaliforniya Central Valley). Bu numune birinci grup Burada kullanılan "kuru numuneler" olarak belirtilir. İkinci grupTam (Burada kullanılan "ıslak örneklerde" olarak belirtilen% 100 RH), iyonu giderilmiş su içine daldırılmış iken örnekleri tank içinde test edilmiştir. örnek (1.780 ± 0.116) kg'lık sonuçlanan statik kuru koşullar altında nihai yük 50%, yaklaşık olarak eşit ağırlık asılı ile yüklendi. Her asılı ağırlık uygulaması yarı-statik yükleme koşullarını elde etmek için, birkaç saniye sürmüştür. Bu köpük doğrusal olmayan viskoelastik davranış olurdu bekleniyordu, ancak eşzamanlı uyaranlar kuru numuneler ile ilgili köpük dayanıklılığı azalacaktır nasıl bir önsel bilinen değildi.

Dijital multimetredeki Direnç ölçümleri, testin ilk 6 saat için yaklaşık olarak 15 dakika aralıklarla, her bir test için alındı. Ölçümler ilave bir 18 saat sonra tekrar alındı. Bu itibaren, orta açıklık sapma değişim takip edildi. Elde edilen verilere dayanarak, kuru numuneler için 24 saat sonra, yer değiştirme, (2.141 ± 0.371) mmIslak örnekler için deplasman anlamlı derecede yüksek, ve (14.41 ± 3.62) mm (Şekil 5, Tablo 1) eşit iken.

Her bir test çalışması sonra, numuneler daha sonra kopana kadar bir yükleyerek kalıntı mukavemeti için test edildi. kalıntı Kırılma kuvveti (3,623 ± 0,0967), kuru numuneler için kg (Şekil 6, Tablo 2) ile karşılaştırıldığında, ıslak örnekleri (2.970 ± 0.246) kg'a eşit bir artık hata yüküne sahip olacak şekilde bulunmuştur. artık başarısızlık yükü ölçümleri için çözünürlük ± 0.194 kg idi.

Şekil 1,
Şekil 1. test cihazının önemli bileşenlerinden bakış. A. Yüksek yoğunluklu polietilen tankı. B. polistiren köpük yalıtım Genişletilmiş. C. Düz polikarbonat kapak. D. Alüminyum T-bar ve çıkıntı dirsek. Herhangi yüzeylerin bükme E. Üç noktapports. F. Alt çerçeve. G. Açı ayırıcılar. H. Üst çerçeve. I. Dize potansiyometre meclisleri. J. Alt yükleme düzeneği. K. Yarıklı ağırlıkları ve askı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Kapağın 2. Detaylı görünüm Şekil. A. Yüksek yoğunluklu polietilen tankı. C. Oluklu polikarbonat kapak. D. Alüminyum T-bar ve çıkıntı dirsek. E. Üç nokta eğme destekler. J. Alt yükleme düzeneği. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. test cihazının Dize potansiyometre montajı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
4. Kapak test cihazının desteklediği Şekil. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Kuru ve ıslak numuneler için, zamanla 5. Orta açıklıklı deplasman değişimi Şekil. savunmalarınıe bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayın.

Şekil 6,
Şekil ıslak örneklerin büyük güvenlik açığını gösteren kuru ve ıslak numuneler için başarısızlık artık yükler, 6. Kutu araziler. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Artık eğilme dayanımı testleri sonrasında Şekil köpük örneklerinin 7. Resimler: (A) ve (B) kuru örnekler, (C) ve (D) Islak numuneler. Nominal numune genişliğidir24 mm. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Gelen Saatleri
başlangıç
Deplasman (mm) Değişim, 1 numune Deplasman (mm) Değişim, 2 numune Deplasman (mm) Değişim, 3 numune Deplasman (mm) Değişim, 4 numune
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

Tablo ortam bağıl nem (kuru numuneler) köpük örneklerinin zamana karşı 1. Deplasman.

Gelen Saatleri
başlangıç
Deplasman (mm) Değişim, 1 numune Deplasman (mm) Değişim, 2 numune Deplasman (mm) Değişim, 3 numune Deplasman (mm) Değişim, 4 numune
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

% 100 RH (ıslak örnekleri) köpük örneklerinin zaman vs Tablo 2. Deplasman.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Elde edilen verilere bakıldığında, eşzamanlı test senaryosu kapalı hücreli poliüretan köpük örneklerinin dayanıklılığını etkileyen vermedi görülebilir. Bu başarısızlık, kuru ve ıslak örneklerin (Şekil 6) önemli ölçüde farklı deplasmanları (Şekil 5) ve kalıntı yükleri karşılaştırılarak görülebilir. 7 kalıntı gücü testlerinden sonra örneklerin resimlerini göstermektedir. Kuru örneklerin yer değiştirme 24 saat gözlem aralığında kararlı duruma ulaşırken aynı zamanda, bu dikkate alınmalıdır, ıslak örneklerinden vermedi. Dolayısıyla, gelecek testler ya klimalı örneklerin bir kararlı durum davranışını elde etmek veya, (örneğin belirli bir test zaman dilimi içinde mümkün olmayabilir böyle kararlı bir devlet kurmak, uzun bir zaman aralığı için yapılacaktır maddi deneyimleri eğer başarısızlığa yol açar bozulması).

Şekil 6'nın kutudiyagramlar

Bu sonucun doğrudan karşılaştırılması nedeniyle çeşitli yazarlar tarafından seçilen nispeten yayınlanan sınırlı veri ve farklı malzeme ve yük profilleri literatür ile yapılamaz. Ancak, bu fikstür ile elde edilen temsili sonuçlar onların cam elyaf takviyeli numuneler yaşadığı "önemli ölçüde daha yüksek" sürünme sapması hakkında Gellert ve Turley 7 gözlenen trendi ile hemfikir.

test cihazı kendi sağlamlığını artırmak ve kullanım kolaylığı için geliştirilmiş olabilir. Bağlar üst çerçeve dibinde eklenecektir Kayar daha güvenli bir şekilde potansiyometreleri tutmak için destekler. Bu hareketin olasılığını azaltmak ve bu nedenle, okuma doğruluğunu artıracaktır. Ayrıca, potansiyometreler olacakÜç-pinli vidalı terminaller içine küçük Breadboards bağlı. Bu ölçümleri alırken potansiyometre dokunmak ihtiyacını ortadan kaldırır, çünkü bu aynı zamanda okuma doğruluğunu artıracaktır.

Ek iyileştirmeler cihazın esnekliğini artırmak için planlanmaktadır. Örneğin, yeni bir kapak zararlı kimyasallar test ederken hava geçirmez bir mühür oluşturmak amacıyla geliştirilen edilecektir. Bu değişiklik, muhtemelen Protokol Aşama 1 'deki bir değişikliğe yol açacaktır. Bir ısıtıcı, aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda test için olanak sağlamak amacıyla ilave edilebilir. Bir tuzlu su çözeltisi test edilirken, bir manyetik karıştırma çubuğu, bir pahalı paslanmaz çelik ısıtıcı yerine düşünülebilir. Bu manyetik kaynak dahil edilmesi için düzeneğin tabanına bir modifikasyonunu gerektirir. Elde edilen test cihazları eşzamanlı test polimerlerin ve polimerik dayanıklılığını nasıl etkilediğini daha geniş bir resim sağlayacakhizmet koşulları altında çeşitli matris kompozitler.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Yazarlar tasarımı ve test kurulumu üretiminde kendi yardım Destiny Garcia, Serena Ferraro, Erik Quiroz'un ve Steven Kern (İleri Kompozit Araştırma, Mühendislik ve Fen laboratuarı) teşekkür ederim. Shawn Malone, Michael Akahori, David Kehlet (Mühendislik Fabrikasyon Lab) onların öneri ve işleme sürecinde yardım için kabul edilir. Ulusal Bilim Vakfı desteği (işbirlikçi hibe CMMI-1.265.691 ve REU takviyesi) ve A. Muliana, Texas & M Üniversitesi (Yürütücü) Donanma Araştırma Bürosu (N00014-13-1-0604 ve V. La Saponara ,) program direktörü yapa Rajapakse tarafından yönetilen minnetle takdir edilmektedir.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Jedidi, J., Jacquemin, F., Vautrin, A. Accelerated hygrothermal cyclical tests for carbon/epoxy laminates. Compos. Part A –Appl. Sci. 37, 636-645 (2006).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Ferracane, J. L. Hydroscopic and hydrolytic effects in dental polymer networks. Dent. Mater. 22, 211-222 (2006).
  12. 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).
  13. Bagley, E., Long, F. A. Two-state Sorption and Desorption of Organic Vapors in Cellulose Acetate. J. Am. Chem. Soc. 77, 2172-2178 (1955).
  14. Shen, C. -H., Springer, G. Moisture Absorption and Desorption of Composite Materials. J. Compos Mater. 10, 2-20 (1976).
  15. Zhou, J., Lucas, J. P. Hygrothermal effects of epoxy resin. Part I: the nature of water in epoxy. Polymer. 40, 5505-5512 (1999).
  16. Abot, J. L., Yasmin, A., Daniel, I. M. Hygroscopic Behavior of Woven Carbon-Epoxy Composites. J. Reinf. Plast. Comp. 24, 195-207 (2005).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Neumann, S., Marom, G. Free-volume dependent moisture diffusion under stress in composite materials. J. Mater. Sci. 21, 26-30 (1986).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Kasturiarachchi, K. A., Pritchard, G. Water absorption of glass/epoxy laminates under bending stresses. Composites. 14, 244-250 (1983).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. Joshi, N., Muliana, A. Deformation in Viscoelastic Sandwich Composites Subject to Moisture Diffusion. Compos. Struct. 92, 254-264 (2010).
  30. Muliana, A. H., Sawant, S. Viscoelastic Responses of Polymer Composites with Temperature and Time Dependent Constituents. Acta Mech. 204, 155-173 (2009).
  31. Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer. Matrix Composite Materials. ASTM International. , (2004).

Tags

Fizik Sayı 94 fiber takviyeli polimer kompozitler polimerler higrotermal dayanıklılık bükme sürünme
Polimer Dayanıklılık Çalışmaları ve Eşzamanlı Hygrothermo-mekanik Uyaranlara altında Fiber takviyeli kompozitler Polimer A Test Platformu
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gomez, A., Pires, R., Yambao, A., La More

Gomez, A., Pires, R., Yambao, A., La Saponara, V. A Testing Platform for Durability Studies of Polymers and Fiber-reinforced Polymer Composites under Concurrent Hygrothermo-mechanical Stimuli. J. Vis. Exp. (94), e52464, doi:10.3791/52464 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter