Застосування поверхневої обробки та різних видів клеїв для клейових з’єднань між композитом склопластиком і алюмінієм при температурі 200 °C

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.297904

Ключові слова:

склопластик, алюміній, поверхнева обробка, з’єднання, шорсткість, клей, висока температура, міцність

Анотація

Склеювання різнорідних матеріалів, зокрема склопластику (GFRP), і алюмінію 6061 T651, при підвищених температурах, наприклад, при пожежах, є складним завданням, коли цілісність конструкції та надійність мають вирішальне значення. Було досліджено, як обробка шорсткості поверхні впливає на міцність з’єднання трьох поширених авіаційних клеїв (Click Bond CB394-43, Loctite A9396, A9394) при температурі 200 °C. Проведено випробування склопластику, що складається з епоксидної смоли Gurit Prime 37 та волокон E-Glass 7781, отриманого методом вакуумної інфузії з розмірами, що відповідають стандартам ASTM D5868 на зсув внахлест зі швидкістю 2 мм/с. Результати показали істотне підвищення міцності з’єднання завдяки поверхневій обробці, шліфуванню наждачним папером із зернистістю 100 протягом 20 секунд паралельно напрямку волокон для всіх клеїв. A9396, A9394 та CB394-43 продемонстрували значні покращення на 1091,67 %, 45,92 % та 30,09 % відповідно. Подовження при розриві показало значне збільшення на 51,61 %, 121,95 % та 100 % відповідно. Як оброблені, так і необроблені зразки A9394 показали найбільшу міцність серед клеїв. A9396 показав меншу міцність, ніж CB394-43 без поверхневої обробки, але перевершив його при обробці поверхні, що підкреслює його реакцію на модифікацію поверхні. В’язкість клею впливає на проникнення на поверхні матеріалу, при цьому A9396 є більш жорстким, ніж інші клеї. Аналіз значень Ra за стандартом ISO 4287 показав, що поверхнева обробка призвела до збільшення шорсткості поверхні алюмінію та зниження шорсткості поверхні склопластику. Ці результати дають цінну інформацію для оптимізації з’єднання склопластику з алюмінієм в умовах підвищених температур. Регулювання шорсткості поверхні значно покращує взаємодію алюмінію і склопластику з клеями, що призводить до підвищення міцності з’єднання. Дані знання можуть бути застосовані в різних галузях машинобудування, особливо в галузях, де продуктивність та надійність клейових з’єднань мають вирішальне значення в умовах високих температур

Спонсор дослідження

  • The study was conducted in the laboratory of the National Research and Innovation Agency (BRIN).

Біографії авторів

Herry Purnomo, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Specialist Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

Muhammad Johan Rifa’i, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

Purwoko, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

David Natanael Vicarneltor, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

Mahfud Ibadi, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Senior Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

Muhamad Hananuputra Setianto, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Engineer

Research Organization for Aeronautics and Space

Maulana Yudanto, National Research and Innovation Agency (BRIN)

Assistant Engineer

Directorate of Laboratory Management, Research Facilities, and Science and Technology Park

Ara Gradiniar Rizkyta, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Engineer

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Burshukova, G., Kanazhanov, A., Abuova, R., Joldassov, A. (2023). Analysis of Using Damping Alloys to Improve Vibration and Strength Characteristics in the Automotive Industry. Evergreen, 10 (2), 742–751. https://doi.org/10.5109/6792824
  2. Chandra, A., Yadav, A., Singh, S. (2023). Optimisation of Machining Parameters for CNC Milling of Fibre Reinforced Polymers. Evergreen, 10 (2), 765–773. https://doi.org/10.5109/6792826
  3. Gupta, M. K., Singhal, V., Rajput, N. S. (2022). Applications and Challenges of Carbon-fibres reinforced Composites: A Review. Evergreen, 9 (3), 682–693. https://doi.org/10.5109/4843099
  4. Rout, D., Nayak, R. K., Praharaj, S. (2021). Aerospace and vehicle industry. Handbook of Polymer Nanocomposites for Industrial Applications, 399–417. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-821497-8.00013-7
  5. Sakib, Md. N., Asif Iqba, A. (2021). Epoxy Based Nanocomposite Material for Automotive Application- A Short Review. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering, 18 (3). https://doi.org/10.15282/ijame.18.3.2021.24.0701
  6. Jawaid, M., Siengchin, S. (2019). Hybrid Composites: A Versatile Materials for Future. Applied Science and Engineering Progress, 12 (4). https://doi.org/10.14416/j.asep.2019.09.002
  7. Cui, X., Tian, L., Wang, D. S., Dong, J. P. (2021). Summary of thermosetting composite material welding. Journal of Physics: Conference Series, 1765, 012021. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1765/1/012021
  8. Maggiore, S., Banea, M. D., Stagnaro, P., Luciano, G. (2021). A Review of Structural Adhesive Joints in Hybrid Joining Processes. Polymers, 13 (22), 3961. https://doi.org/10.3390/polym13223961
  9. Fiore, V., Alagna, F., Di Bella, G., Valenza, A. (2013). On the mechanical behavior of BFRP to aluminum AA6086 mixed joints. Composites Part B: Engineering, 48, 79–87. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.12.009
  10. Pohlit, D. J., Dillard, D. A., Jacob, G. C., Starbuck, J. M. (2008). Evaluating the Rate-Dependent Fracture Toughness of an Automotive Adhesive. The Journal of Adhesion, 84 (2), 143–163. https://doi.org/10.1080/00218460801952825
  11. Marques, E. A. S., da Silva, L. F. M., Banea, M. D Carbas, R. J. C. (2014). Adhesive Joints for Low- and High-Temperature Use: An Overview. The Journal of Adhesion, 91 (7), 556–585. https://doi.org/10.1080/00218464.2014.943395
  12. F M da Silva, L., D Adams, R. (2007). Techniques to reduce the peel stresses in adhesive joints with composites. International Journal of Adhesion and Adhesives, 27 (3), 227–235. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2006.04.001
  13. Papakonstantinou, C. G., Balaguru, P., Lyon, R. E. (2001). Comparative study of high temperature composites. Composites Part B: Engineering, 32 (8), 637–649. https://doi.org/10.1016/s1359-8368(01)00042-7
  14. Tang, S., Hu, C. (2017). Design, Preparation and Properties of Carbon Fiber Reinforced Ultra-High Temperature Ceramic Composites for Aerospace Applications: A Review. Journal of Materials Science & Technology, 33 (2), 117–130. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2016.08.004
  15. Na, J., Mu, W., Qin, G., Tan, W., Pu, L. (2018). Effect of temperature on the mechanical properties of adhesively bonded basalt FRP-aluminum alloy joints in the automotive industry. International Journal of Adhesion and Adhesives, 85, 138–148. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2018.05.027
  16. Kwon, D.-J., Kim, J.-H., Kim, Y.-J., Kim, J.-J., Park, S.-M., Kwon, I.-J. et al. (2019). Comparison of interfacial adhesion of hybrid materials of aluminum/carbon fiber reinforced epoxy composites with different surface roughness. Composites Part B: Engineering, 170, 11–18. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.04.022
  17. Denti, L., Sola, A. (2019). On the Effectiveness of Different Surface Finishing Techniques on A357.0 Parts Produced by Laser-Based Powder Bed Fusion: Surface Roughness and Fatigue Strength. Metals, 9 (12), 1284. https://doi.org/10.3390/met9121284
  18. Buckwalter, C. Q., Pederson, L. R., McVay, G. L. (1982). The effects of surface area to solution volume ratio and surface roughness on glass leaching. Journal of Non-Crystalline Solids, 49 (1-3), 397–412. https://doi.org/10.1016/0022-3093(82)90135-1
  19. Nasreen, A., Shaker, K., Nawab, Y. (2021). Effect of surface treatments on metal–composite adhesive bonding for high-performance structures: an overview. Composite Interfaces, 28 (12), 1221–1256. https://doi.org/10.1080/09276440.2020.1870192
  20. LOCTITE EA 9394 AERO Epoxy Paste Adhesive (KNOWN AS Hysol EA 9394). Technical Process Bulletin. Available at: https://www.heatcon.com/wp-content/uploads/2015/08/HCS2407-141_Henkel-Resin-Kit-LOCTITE-EA-9394-AERO.pdf
  21. LOCTITE EA 9396 AERO Epoxy Paste Adhesive (KNOWN AS Hysol EA 9396). Technical Process Bulletin. Available at: https://www.aero-consultants.ch/view/data/3285/Produkte/Henkel%20Adhesive/LOCTITE%20EA%209396%20AERO.pdf
  22. CB394-43 - CB394 43ml High-Temperature Epoxy Adhesive Cartridge. Clik Bond. Available at: https://www.clickbond.com/product-detail/adhesives/cb394-43ml-epoxy-adhesive-cartridge
  23. Awaja, F., Gilbert, M., Kelly, G., Fox, B., Pigram, P. J. (2009). Adhesion of polymers. Progress in Polymer Science, 34 (9), 948–968. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.007
  24. Average Roughness basics. Michigan Metrology. Available at: https://michmet.com/average-roughness-basics/
  25. ISO, 4287: Geometrical Product Specifications (GPS)-Surface Texture: Profile Method. Terms, Definitions and Surface Texture Parameters.
  26. Gadelmawla, E. S., Koura, M. M., Maksoud, T. M. A., Elewa, I. M., Soliman, H. H. (2002). Roughness parameters. Journal of Materials Processing Technology, 123 (1), 133–145. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)00060-2
  27. Guo, L., Liu, J., Xia, H., Li, X., Zhang, X., Yang, H. (2021). Effects of surface treatment and adhesive thickness on the shear strength of precision bonded joints. Polymer Testing, 94, 107063. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107063
  28. Boutar, Y., Naïmi, S., Mezlini, S., Ali, M. B. S. (2016). Effect of surface treatment on the shear strength of aluminium adhesive single-lap joints for automotive applications. International Journal of Adhesion and Adhesives, 67, 38–43. https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2015.12.023
  29. Kim, J. K., Kim, H. S., Lee, D. G. (2003). Investigation of optimal surface treatments for carbon/epoxy composite adhesive joints. Journal of Adhesion Science and Technology, 17 (3), 329–352. https://doi.org/10.1163/156856103762864651
  30. Uehara, K., Sakurai, M. (2002). Bonding strength of adhesives and surface roughness of joined parts. Journal of Materials Processing Technology, 127 (2), 178–181. https://doi.org/10.1016/s0924-0136(02)00122-x
  31. Budhe, S., Ghumatkar, A., Birajdar, N., Banea, M. D. (2015). Effect of surface roughness using different adherend materials on the adhesive bond strength. Applied Adhesion Science, 3 (1). https://doi.org/10.1186/s40563-015-0050-4
  32. Golru, S. S., Attar, M. M., Ramezanzadeh, B. (2015). Effects of different surface cleaning procedures on the superficial morphology and the adhesive strength of epoxy coating on aluminium alloy 1050. Progress in Organic Coatings, 87, 52–60. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.05.005
  33. Sharma, A., Chawla, H., Srinivas, K. (2023). Prediction of Surface Roughness of Mild Steel finished with Viscoelastic Magnetic Abrasive Medium. Evergreen, 10 (2), 1061–1067. https://doi.org/10.5109/6793663
  34. Sheikh Md. Fadzullah, S. H., Nasaruddin, M. M., Mustafa, Z., Rahman, W. A. W. A., Omar, G., Salim, M. A., Mansor, M. R. (2020). The Effect of Chemical Surface Treatment on Mechanical Performance of Electrically Conductive Adhesives. Evergreen, 7 (3), 444–451. https://doi.org/10.5109/4068625
  35. Sanghvi, M. R., Tambare, O. H., More, A. P. (2022). Performance of various fillers in adhesives applications: a review. Polymer Bulletin, 79 (12), 10491–10553. https://doi.org/10.1007/s00289-021-04022-z
Застосування поверхневої обробки та різних видів клеїв для клейових з’єднань між композитом склопластиком і алюмінієм при температурі 200 °C

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-28

Як цитувати

Purnomo, H., Rifa’i, M. J., Purwoko, Vicarneltor, D. N., Ibadi, M., Setianto, M. H., Yudanto, M., & Rizkyta, A. G. (2024). Застосування поверхневої обробки та різних видів клеїв для клейових з’єднань між композитом склопластиком і алюмінієм при температурі 200 °C. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(1 (127), 60–66. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.297904

Номер

Том 1 № 1 (127) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Herry Purnomo, Muhammad Johan Rifa’i, Purwoko, David Natanael Vicarneltor, Mahfud Ibadi, Muhamad Hananuputra Setianto, Maulana Yudanto, Ara Gradiniar Rizkyta

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.