Вплив процесу обробки методом намотування на високоточні зразки: однорідність густини, об’ємна частка волокна, шорсткість зовнішньої поверхні та міцність на розтяг

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288025

Ключові слова:

намотування нитки, ПАВВ, шорсткість поверхні, виготовлення, фракція волокна, порожнеча, міцність на розрив

Анотація

Намотування нитки є широко використовуваним способом виробництва труб і посудин під тиском з композитних матеріалів. Однак накладання волокон під час процесу намотування може призвести до грубої поверхні та збільшення пустот у готовому виробі. Щоб покращити якість полімерів, армованих вуглецевим волокном (ПАВВ), виготовлених за допомогою намотування ниток, структуру затверджують при кімнатній температурі або в печі з регульованим профілем тепла, залежно від типу використовуваної смоли. Для покращення якості зразка намагалися застосувати різні методи обробки, включаючи термозбіжну стрічку, компресійне формування та вакуумне пресування. Серед цих методів було встановлено, що пресування під вакуумом забезпечує найкращі результати щодо шорсткості поверхні, із середніми значеннями шорсткості (Ra) 0,35 мкм у напрямку волокна та 0,61 мкм у поперечному напрямку. Цей рівень шорсткості можна порівняти з тим, який досягається при виробництві фрезерних верстатів. Більше того, ця технологія забезпечує однорідність складу волокна та об’ємної частки, досягаючи однорідної щільності 1364,49 кг/м3 та найвищої об’ємної частки волокна 63 %. В результаті можна отримати чудові механічні характеристики, такі як міцність на розрив 926,07 МПа і жорсткість 21,35 ГПа. Крім того, завдяки використанню різних методів оздоблення міцність на розрив цих властивостей може бути збільшена до 80 %. ПАВВ є універсальним матеріалом з унікальними характеристиками, і вибір відповідних методів фінішної обробки, таких як пресування під вакуумом, може значно покращити його загальну якість і механічні властивості. Однак одним із недоліків методу намотування нитки є погана обробка зовнішньої поверхні, яку можна покращити шляхом пресування під вакуумом

Спонсор дослідження

  • This study was conducted with the framework of a funded scientific project by the Ministry of Research, Technology, and Higher Education of the Republic of Indonesia. The study Conducted in the laboratory of the National Research and Innovation Agency.

Біографії авторів

Herry Purnomo, Universitas Indonesia; National Research and Innovation Agency (BRIN)

PhD Student

Department of Mechanical Engineering

Tresna Priyana Soemardi, Universitas Indonesia

Professor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Hendri D.S. Budiono, Universitas Indonesia

Professor of Mechanical Engineering

Department of Mechanical Engineering

Heri Budi Wibowo, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Professor of Chemical Engineering

Mahfud Ibadi, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Master of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Gay, D. (2014). Composite materials: design and applications. Boca Raton: CRC Press, 635. doi: https://doi.org/10.1201/b17106
  2. Kaw, A. K. (2006). Mechanics of composite materials. Boca Raton, FL: Taylor & Francis. Available at: https://sarrami.iut.ac.ir/sites/sarrami.iut.ac.ir/files/files_course/01-mechanics_of_composite_materials_sbookfi.org_.pdf
  3. Quanjin, M., Rejab, M. R. M., Kaige, J., Idris, M. S., Harith, M. N. (2018). Filament winding technique, experiment and simulation analysis on tubular structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 342 (1), 012029. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/342/1/012029
  4. Sherif, G., Chukov, D., Tcherdyntsev, V., Torokhov, V. (2019). Effect of Formation Route on the Mechanical Properties of the Polyethersulfone Composites Reinforced with Glass Fibers. Polymers, 11 (8), 1364. doi: https://doi.org/10.3390/polym11081364
  5. Sun, G., Yu, H., Wang, Z., Xiao, Z., Li, Q. (2019). Energy absorption mechanics and design optimization of CFRP/aluminium hybrid structures for transverse loading. International Journal of Mechanical Sciences, 150, 767–783. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2018.10.043
  6. Davies, P. (2016). Behavior of marine composite materials under deep submergence. Marine Applications of Advanced Fibre-Reinforced Composites, 125–145. doi: https://doi.org/10.1016/b978-1-78242-250-1.00006-5
  7. Rajak, D. K., Wagh, P. H., Linul, E. (2021). Manufacturing Technologies of Carbon/Glass Fiber-Reinforced Polymer Composites and Their Properties: A Review. Polymers, 13 (21), 3721. doi: https://doi.org/10.3390/polym13213721
  8. Vasiliev, V. V., Krikanov, A. A., Razin, A. F. (2003). New generation of filament-wound composite pressure vessels for commercial applications. Composite Structures, 62 (3-4), 449–459. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2003.09.019
  9. Wang, R., Jiao, W., Liu, W., Yang, F., He, X. (2011). Slippage coefficient measurement for non-geodesic filament-winding process. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 42 (3), 303–309. doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2010.12.002
  10. Wang, Z., Almeida, J. H. S., Ashok, A., Wang, Z., Castro, S. G. P. (2022). Lightweight design of variable-angle filament-wound cylinders combining Kriging-based metamodels with particle swarm optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization, 65 (5). doi: https://doi.org/10.1007/s00158-022-03227-8
  11. Goodship, V., Middleton, B., Cherrington, R. (2016). Design and Manufacture of Plastic Components for Multifunctionality. Elsevier. doi: https://doi.org/10.1016/c2014-0-00223-7
  12. Quanjin, M., Rejab, M. R. M., Idris, M. S., Zhang, B., Kumar, N. M. (2019). Filament Winding Technique: SWOT Analysis and Applied Favorable Factors. SCIREA Journal of Mechanical Engineering, 3 (1). Available at: https://www.researchgate.net/publication/332329420_Filament_winding_technique_SWOT_analysis_and_applied_favorable_factors
  13. Lasn, K., Mulelid, M. (2020). The effect of processing on the microstructure of hoop-wound composite cylinders. Journal of Composite Materials, 54 (26), 3981–3997. doi: https://doi.org/10.1177/0021998320923139
  14. Fernlund, G., Wells, J., Fahrang, L., Kay, J., Poursartip, A. (2016). Causes and remedies for porosity in composite manufacturing. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 139, 012002. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/139/1/012002
  15. Scott, A. E., Sinclair, I., Spearing, S. M., Mavrogordato, M. N., Hepples, W. (2014). Influence of voids on damage mechanisms in carbon/epoxy composites determined via high resolution computed tomography. Composites Science and Technology, 90, 147–153. doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2013.11.004
  16. Liu, L., Zhang, B.-M., Wang, D.-F., Wu, Z.-J. (2006). Effects of cure cycles on void content and mechanical properties of composite laminates. Composite Structures, 73 (3), 303–309. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.02.001
  17. Ekuase, O. A., Anjum, N., Eze, V. O., Okoli, O. I. (2022). A Review on the Out-of-Autoclave Process for Composite Manufacturing. Journal of Composites Science, 6 (6), 172. doi: https://doi.org/10.3390/jcs6060172
  18. Harshe, R. (2015). A Review on Advanced Out-of-Autoclave Composites Processing. Journal of the Indian Institute of Science, 95 (3), 207–220. Available at: https://www.researchgate.net/publication/283229706_A_Review_on_Advanced_Out-of-Autoclave_Composites_Processing
  19. Peters, S. T. (Ed.) (2011). Composite filament winding. ASM International. doi: https://doi.org/10.31399/asm.tb.cfw.9781627083386
  20. Quanjin, M., Rejab, M. R. M., Idris, M. S., Bachtiar, B., Siregar, J. P., Harith, M. N. (2017). Design and optimize of 3-axis filament winding machine. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 257, 012039. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/257/1/012039
  21. Krysiak, P., Kaleta, J., Gąsior, P., Błachut, A., Rybczyński, R. (2017). Identification of strains in a multilayer composite pipe. Journal of Science of the Gen. Tadeusz Kosciuszko Military Academy of Land Forces, 186 (4), 272–282. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.7233
  22. Mansour, G., Kyratsis, P., Korlos, A., Tzetzis, D. (2021). Investigation into the Effect of Cutting Conditions in Turning on the Surface Properties of Filament Winding GFRP Pipe Rings. Machines, 9 (1), 16. doi: https://doi.org/10.3390/machines9010016
  23. Schorník, V., Daňa, M., Zetková, I. (2015). The Influence of the Cutting Conditions on the Machined Surface Quality when the CFRP is Machined. Procedia Engineering, 100, 1270–1276. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.493
  24. Lehtiniemi, P., Dufva, K., Berg, T., Skrifvars, M., Järvelä, P. (2011). Natural fiber-based reinforcements in epoxy composites processed by filament winding. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 30 (23), 1947–1955. doi: https://doi.org/10.1177/0731684411431019
  25. Henninger, F., Friedrich, K. (2002). Thermoplastic filament winding with online-impregnation. Part A: process technology and operating efficiency. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 33 (11), 1479–1486. doi: https://doi.org/10.1016/s1359-835x(02)00135-5
  26. Andrianov, A., Tomita, E. K., Veras, C. A. G., Telles, B. (2022). A Low-Cost Filament Winding Technology for University Laboratories and Startups. Polymers, 14 (5), 1066. doi: https://doi.org/10.3390/polym14051066
  27. Geier, N., Pereszlai, C. (2019). Analysis of Characteristics of Surface Roughness of Machined CFRP Composites. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 64 (1), 67–80. doi: https://doi.org/10.3311/ppme.14436
  28. Yao, Y., Chen, S. (2012). The effects of fiber’s surface roughness on the mechanical properties of fiber-reinforced polymer composites. Journal of Composite Materials, 47 (23), 2909–2923. doi: https://doi.org/10.1177/0021998312459871
Вплив процесу обробки методом намотування на високоточні зразки: однорідність густини, об’ємна частка волокна, шорсткість зовнішньої поверхні та міцність на розтяг

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-27

Як цитувати

Purnomo, H., Soemardi, T. P., D.S. Budiono, H., Wibowo, H. B., & Ibadi, M. (2023). Вплив процесу обробки методом намотування на високоточні зразки: однорідність густини, об’ємна частка волокна, шорсткість зовнішньої поверхні та міцність на розтяг. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(12 (126), 43–51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288025

Номер

Том 6 № 12 (126) (2023): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Herry Purnomo, Tresna Priyana Soemardi, Hendri D.S. Budiono, Heri Budi Wibowo, Mahfud Ibadi

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.