5.10: Elyaf takviyeli polimerik malzemelerin gerilim testi

1. Uygun güvenlik önlemlerini alın ve göz koruması kullanın, çünkü bu örneklerde tipik olan patlayıcı arızası birçok küçük, keskin parçanın uçmasına neden olur.
2. Dört FRP örneği elde edin. İkisi, biri liflerin yönü boyunca ve diğeri liflere dik olmak üzere 1 "x 8" numuneler halinde kesilmiş tek yönlü 0,5 inçlik bir E-cam FRP plakasından olacaktır. Üçüncü örnekler 0,25 inçlik bir karbon FRP inşaat demiri ve dördüncüsü 0,25 FRP E-cam inşaat demiri olacaktır. İnşaat demiri numuneleri yaklaşık 24 inç uzunluğunda olmalıdır.
3. 12 inç gömerek cihaz için tutucuları takın. numunelerin uçlarını biraz daha büyük çelik, yuvarlak ve dikdörtgen bölümler halinde yerleştirin ve boş alanları yüksek mukavemetli epoksi ile doldurun. Epoksinin üreticinin özelliklerine göre kürlenmesine izin verin. Bu tür bir uç bağlantısı gereklidir, çünkü geleneksel UTM çenelerindeki tırtıklar reçineyi tahrip edecek ve erken uç arızalarına yol açacaktır.
4. UTM'yi açarak ve yazılımını başlatarak diğer gerilim testleriyle aynı şekilde devam edin.
5. Numuneleri tutamaklara yerleştirin ve sıkın.
6. Numuneleri yaklaşık 0,2 inç hızında sapma kontrolüne yükleyin. Dakikada.
7. Young modülünü ölçmek için bir ekstansometre kullanılıyorsa, onu 0.01'lik bir gerinimde söktüğünüzden emin olun.
8. Numune bozulmaya başladığında, patlama sesleri ve küçük parçalar numuneden düşmeye başlayacak ve ardından lifli çiçek benzeri bir yapıya ayrılan malzemede patlayıcı bir arıza meydana gelecektir.

Elyaf takviyeli polimerik malzemeler, FRP, liflerin polimerik bir reçine içine gömülmesiyle oluşturulan ve lifler yönünde çok güçlü bir matris oluşturan kompozit malzemelerdir.

En basit haliyle, FRP malzemelerindeki lifler bir yönde düzenli olarak hizalanır ve reçine ile kaplanır, bu da malzemenin ortotropik olarak davranmasına neden olur. Bu malzemelerin mekanik özellikleri, diğer iki ana yöne kıyasla liflerin yönünde çok farklıdır.

Bir FPR malzemesi, elyafın yüksek mukavemeti nedeniyle elyaflar yönünde çok güçlüdür, elyaflar kırılana kadar elastik davranır ve malzeme patlayıcı bir şekilde bozulur. Bununla birlikte, reçinenin çok daha düşük mukavemeti nedeniyle malzeme dik yönde çok zayıftır.

Bu videoda, tek yönlü bir numunenin çekme davranışı, nihai mukavemeti ve deformasyon kapasitesi üzerinde durularak incelenecektir.

FRP malzemelerinin mukavemeti, tek tek liflerin mukavemeti ile doğrudan ilgilidir. Bir malzemedeki lif yüzdesi arttıkça malzemenin mukavemeti de artar. Tipik malzemeler hacimce yaklaşık% 50 lif içerir.

FRP'nin tek yönlü mukavemeti genellikle takviye çubuklarında veya inşaat demirlerinde kullanılır, ancak liflerin yönünü kontrol ederek malzemenin birden fazla yönünde gerçekleştirilebilir.

Lifler rastgele yönlerde yerleştirilebilir veya tek eksenli katmanların tek katları alternatif yönlerde yerleştirilebilir, bu da iki güçlü yön ve bir zayıf yön ile sonuçlanır. Bir FRP yapmak için kullanılan elyaf ve reçine, birbiriyle uyumlu olacak ve uygulama gereksinimlerini karşılayacak şekilde seçilmelidir.

Kullanılan elyafın sınıfı, tipik olarak cam, aramid veya karbon, nihai ürünün özelliklerini ve maliyetini etkiler. Genel olarak, liflerin gerilme kapasitesi çok düşüktür, bu da herhangi bir süneklik kanıtı olmadan ani arızalara neden olur.

Reçine birincil olarak stresi aktarmak ve lifleri mekanik ve çevresel hasarlardan korumak için hareket eder. İmalat sırasında, malzemenin mukavemetini artırmak için mümkün olduğu kadar fazla reçineyi sıkmak için basınç uygulanır. Bireysel lif özelliklerinin kompozitin özellikleri olmadığına dikkat etmek önemlidir. Bunun yerine, karışımların kuralına göre, kompozitin özellikleri, bileşen parçaların ağırlığının ve ortalamasının bir sonucudur.

Bir sonraki bölümde, geçerli sonuçlar elde etmek için numuneleri uygun şekilde hazırlamaya özen gösterirken, cam ve karbon FRP'nin gerilme / gerinim davranışını karşılaştırmak için bir Üniversal Test Makinesi üzerinde basit gerilim testleri yapacağız.

Dört FRP örneği elde edin. İkisi, tek yönlü 0,5 inç E-cam FRP plakasından bir x sekiz inç numuneler halinde kesilecektir: biri liflerin yönü boyunca ve diğeri liflere dik. Üçüncü örnek 0,25 inç karbon FRP inşaat demiri ve dördüncüsü 0,25 cam FRP inşaat demiri olacaktır. İnşaat demiri numuneleri yaklaşık 24 inç uzunluğunda olmalıdır.

FRP inşaat demiri numunelerini, uçların 12 inçini biraz daha büyük çelik, yuvarlak ve dikdörtgen bölümlere gömerek ve boş alanları yüksek mukavemetli epoksi ile doldurarak önceden hazırlayın. Epoksi özelliklerine göre kürlenme için birkaç gün bekleyin.

Bu tür bir uç bağlantısı gereklidir, çünkü geleneksel UTM çenelerindeki tırtıklar reçineyi tahrip edecek ve erken uç arızalarına yol açacaktır. UTM'yi açarak ve yazılımını başlatarak diğer gerilim testleriyle aynı şekilde devam edin. Ardından, tutamaklara bir numune yerleştirin ve yerine kilitleyin.

Numuneyi dakikada yaklaşık 0,2 inç hızında yer değiştirme kontrolüne yükleyin. Numune bozulmaya başladığında, patlama sesleri duyulacak ve numuneden küçük parçalar düşmeye başlayacaktır. Bunu lifli çiçek benzeri bir yapıya ayrılan malzemenin patlayıcı bir arızası izler.

Lifler yönünde yüklenen E-cam FRP plaka numunesi için gerilim/gerinim eğrisi aşağıdadır. Bu grafikten maksimum kuvveti, çekme mukavemetini ve gerinim belirleyebilir ve elastisite modülünü hesaplayabiliriz. Bu sonuçlar, esasen astar davranışı gösteren% 50 E-cam elyaf hacminde belirtilen bir malzeme için makuldür.

Bu grafik, liflerin yönüne dik olarak yüklenen aynı malzemeyi göstermektedir. Maksimum kuvvette, çekme mukavemetinde, gerinimde ve elastikiyet modülünde bir azalma görebiliriz. Bu özel örnekte ölçülen mukavemetin önemli bir miktarının, liflerin rastgele yönlendirildiği dış koruyucu katmanlardaki liflerden geldiğine dikkat edin. İki yön arasındaki çok büyük fark, malzeme özelliklerinin uyarlanabilirliğini vurgular. Bu durumda, bir yönde güçlü, diğer yönde zayıf olan bir malzemeye sahibiz.

Arıza yüzeyleri buna tanıklık eder, uzunlamasına hizalanmış lifler için olan çok sayıda kırık lif gösterir ve lifler dik olarak hizalanmış olan, bir arayüzdeki bir reçine arızası için tipik yüzeyi gösterir. FRP inşaat demirlerinin davranışı karşılaştırıldığında, mukavemet ve elastikiyet modülünde çok önemli bir fark vardır. Her iki malzeme de maksimum yüklerini taşıdıktan hemen sonra arızalanır.

Güçlü karbon FRP çubuğu ile daha yumuşak, ancak çok daha sünek olan E-cam arasındaki fark, bu doğrusallaştırılmış grafikte açıktır. Bununla birlikte, a36 çeliği gibi metallerin suşunun bir kısmında başarısız oldukları için çok az süneklik vardır.

FRP malzemeleri, orijinal inşaat ve onarım uygulamaları da dahil olmak üzere sayısız inşaat mühendisliği uygulamasında kullanılmaktadır. FRP'lerin birkaç yaygın kullanımına bakalım.

FRP levhalar, laminatlar ve çubuklar reçine ile emprenye edilebilir ve saha uygulamalarında kullanılmak üzere ön işleme tabi tutulabilir. FRP çubukları ve plakaları hafif ve korozyona dayanıklıdır, bu nedenle buz çözmenin geleneksel çubukların hızlı bir şekilde bozulmasına yol açtığı köprü güvertelerinde ve otoparklarda uygulama bulmaktadırlar.

Birçok denizcilik uygulaması, korozyona ve tuza karşı dirençleri için FRP malzemelerini de kullanır. FRP, teknecilik endüstrisinde ve ayrıca deniz yapıları ve boru hatları için yaygın olarak kullanılmaktadır.

JoVE'nin elyaf takviyeli polimerik malzemelerin veya FRP'lerin gerilim testine girişini yeni izlediniz. Artık FRP'lerin bileşenlerini ve güçlerini belirlemek için standart laboratuvar testlerini anlamalısınız.

İzlediğiniz için teşekkürler!