A nedvességtartalom és a hőmérséklet együttes hatásának vizsgálata vékony rétegű szén/üvegszálas hibrid kompozitok szívósságára és tönkremeneteli módjára
A szénszálas polimer kompozitok kitűnő mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, ugyanakkor a hirtelen bekövetkező, katasztrofális tönkremenetelükből adódóan a tervezés során alkalmazott biztonsági tényezők jelentősen magasabbak, mint a hagyományos szerkezeti anyagok (pl. acél, alumínium) esetében. Ennélfogva a bennük rejlő lehetőségek nem használhatók ki teljes mértékben.
A nagyteljesítményű kompozitok szívósságnövelésének céljából a Bristoli Egyetem Kompozit Kutatóközpontja és a Polimertechnika Tanszék kutatói különböző megoldásokat fejlesztettek ki. A koncepciók közül az egyik legígéretesebb a vékony szénréteget tartalmazó, unidirekcionális, hibrid kompozitok létrehozása. A szokásos vastagágú szénrétegeket tartalmazó szén- és üvegszál erősítésű kompozitok esetében a szénréteg húzóterhelés hatására történő tönkremenetelekor jelentős erőesés tapasztalható a kiterjedt rétegelválásnak köszönhetően. Ezzel szemben a vékony rétegű hibridek esetében a szénszálas réteg töredezésekor csak a repedések közvetlen környezetében történik rétegelválás, így a feszültség állandó értéken marad a szénréteg teljes tönkremeneteléig, majd ismét nőni kezd, ha az üveg rétegek képesek további terhelés felvételére.
A kutatásom célja a repülőgépek üzemi hőmérséklettartományában megvizsgálni a hőmérséklet és a nedvességtartalom együttes hatását a kifejlesztett unidirekcionális hibrid kompozitok mechanikai tulajdonságaira. A vékonyabb, egy-egy üvegszálas réteg között két, folytonos szénréteget tartalmazó próbatestek esetében a szénréteg töredezését vizsgáltam, míg a kétszeres vastagságú, középen felvágott szénrétegekből álló próbatestekkel a szén- és üvegszálas rétegek elválásának folyamatát elemeztem. A próbatesteket 1500 órán át 60 °C-on, 90%-os relatív páratartalom mellett kondicionáltam, az egytengelyű húzóvizsgálatokat -50 °C, 25 °C és 80°C-on végeztem. A vékonyabb próbatestek száraz körülmények között tapasztalt szívós viselkedése teljes mértékben megszűnt és katasztrofális tönkremenetel következett be mindhárom vizsgálati hőmérsékleten. A nem folytonos szénréteget tartalmazó próbatesteknél a rétegelválás kisebb nyúlásértékeknél indult meg nedves esetben, mint a nem kondicionált próbatesteknél. Ezután a terhelés irányával párhuzamosan felhasadtak a próbatestek még mielőtt a teljes felületen elválhattak volna a rétegek, ahogy azt a száraz esetben tapasztaltam.
A szívós viselkedés megszűnésének tanulmányozása céljából üvegszálas próbatesteket vizsgáltam szobahőmérsékelten száraz állapotban, valamint 125/500/1000/1500 óra nedves kondicionálást követően. A mérési eredmények alapján az üvegszálas próbatestek szakítószilárdsága és szakadási nyúlása egyaránt nagymértékben csökkent a kondicionálás időtartamának növelésével, 1000 óra után a kezdeti érték 70 %-ára állt be. Ez megmagyarázza a tönkremeneteli módok tapasztalt változását a különböző próbatest típusok esetén.
szerző
-
Bugár-Mészáros Márton
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Czél Gergely
Egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék