چقرمگي شكست بين لايه‌اي كامپوزيت‌هاي كربن/ اپوكسي در مد اول و دوم شكست

Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composites under mode I and II

كامپوزيت ­هاي زمينه پليمري با وجود داشتن استحكام و مدول ويژه بالا در مقايسه با مواد سنتي در راستاي عمود بر صفحه خواص مكانيكي­ شان ضعيف مي­ باشد. اين نوع سازه ­ها در برخي كاربردهاي صنعتي به صورت مداوم در معرض چرخه گرمايي قرار مي گيرند. در اين پژوهش، تاثير 200 چرخه گرمايي سرمايش-گرمايش در محدوه دمايي 30- تا 65+ درجه سلسيوس بر چقرمگي شكست كامپوزيت هاي كربن اپوكسي بررسي شده است. نمونه­ هاي كامپوزيت­ي از لايه هاي پارچه كربن و رزين اپوكسي ساخته شده و آزمايش ­هاي چقرمگي شكست نمونه تير دولبه اي يك سرگيردار (DCB) و نمونه خمشي با شكاف انتهايي (ENF) انجام شده است. نمونه هاي ساخته شده بعد از قرارگيري در معرض 200 چرخه گرمايي سرمايش-گرمايش آزمايش شده و چقرمگي هاي استخراج شده با نمونه هاي مشابه بدون قرار گرفتن در معرض چرخه گرمايي مقايسه شده ­اند. نتايج آزمايشگاهي در نمونه ­هاي مد اول و دوم نشان دادند كه چرخه گرمايي، چقرمگي شكست شروع تورق را به ترتيب 5/7 و 15/5 درصد نسبت به نمونه ­هاي بدون چرخه گرمايي كاهش داده است. همچنين سطح ترك با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني تصويربرداري شده و مكانيسم رشد ترك در نمونه هاي بدون چرخه و تحت چرخه گرمايي مورد مقايسه و تحليل قرار گرفته است.

Polymeric composites having high specific strength and stiffness compared to the traditional material are weak in outof- plane mechanical properties. More than above, these kinds of structures in some industrial applications are undergoing cyclic temperatures. In this manuscript, the effect of 200 thermal cycles in the range of -30 to +65 degrees Celsius on the fracture toughness of the carbon/epoxy composites is evaluated. Carbon/epoxy composite laminates are fabricated using carbon fabrics and epoxy resin in the form of the double cantilever beam (DCB), and end notched flexure (ENF) specimens. Samples are exposed to the 200 thermal cycles, and fracture tests are carried out in modes I and II. Test results revealed that the initiation fracture toughness of the samples in mode I (DCB) and mode II (ENF) are reduced 5.7 and 15.5 percent, respectively, compared to those are tested at room temperatures. Also, crack surfaces are investigated using an optical microscope and scanning electron microscope (SEM) in the specimens exposed to the thermal cycles.