اثر ظرافت و فاصله نخ‌هاي اتصال عمودي بر استحكام خمشي كامپوزيت‌هاي سه‌بعدي كربن - فنول

Effect of Through-the-Thickness Yarn Fineness and Distance on Damage Behavior of Carbon-Phenolic 3D Composites

در اين پژوهش، اثر ظرافت و فاصله نخ‌هاي اتصال عمودي بر رفتار شكست كامپوزيت‌هاي سه‌بعدي كه به روش خيساندن رزين در خلا توليد شدند، ارزيابي شده است. بدين منظور، كامپوزيت‌هاي سه‌بعدي كربن - فنولي با نمره نخ‌هاي مختلف در فواصل بافت عمودي متفاوت mm 5/5 تا mm 5/16 تهيه شدند تا مقادير بهينه هر يك از آنها به‌دست آيد. نتايج آزمون خمش سه‌نقطه‌اي نشان داد، كامپوزيت‌هاي داراي بافت عمودي در مقايسه با كامپوزيت‌هاي فاقد الياف در جهت ضخامت، %17تا %34 استحكام خمشي كمتري دارند. در حالي كه نخ در جهت ضخامت، موجب اتصال مكانيكي بين لايه‌ها شده و از گسترش پديده لايه‌لايه‌شدن در كامپوزيت‌هاي داراي بافت عمودي جلوگيري مي‌كند. ضعف كامپوزيت‌هاي داراي بافت عمودي به دليل صدمه‌هاي ناشي از وجود الياف در جهت ضخامت است كه موجب ايجاد نقاط تمركز تنش و عدم هم‌راستايي الياف صفحه‌اي مي‌شود. از طرفي، وجود الياف در جهت ضخامت از لايه‌لايه‌شدن كامپوزيت جلوگيري مي‌كند. درنتيجه، مقاومت لايه‌اي آن افزايش ‌يافته و‌ سازوكار شكست نيز از حالت ترد به چقرمه تغيير مي‌يابد. در حالي كه در كامپوزيت‌هاي داراي بافت عمودي با نمره نخ اتصال يكسان، با افزايش فاصله نخ در بافت عمودي، استحكام خمشي كاهش مي‌يابد، در نمونه‌هاي mm 5/5 با ازدياد نمره نخ اتصال، استحكام خمشي كامپوزيت كاهش و در نمونه mm 5/16 افزايش نشان داد. همچنين، در نمونه‌ كامپوزيت‌هاي داراي بافت عمودي، تنش پس از شكست اصلي، نسبت به كامپوزيت‌هاي فاقد نخ اتصال، مقادير بيشتري داشت.

The effects of through-the-thickness yarn fineness and distance on the damage behavior of vacuum resin infused 3D carbon-phenolic composites were investigated. For this purpose, the carbon/phenolic composites with different tufting thread fineness (count) and distance ranging from 5.5 mm to 16.5 mm were produced to determine an optimum distance and count in the composites. Three-point bending test results show that the flexural strength of tufting composites may drop 17% to 34 % while through thickness reinforcements set up a mechanical connection between the plies and bridge over delamination cracks to avoid their penetration. The weakness is attributed to damaging effect of tufting method, misallignments of X-Y fibers in presence of Z direction reinforcement and stress concentration effect of produced holes for tufting. On the other hands, Z direction reinforcements prevent fibers delamination. Therefore, the laminate strength was increased and failure mechanism was changed from brittle to ductile fracture. In addition at the same through-thickness yarn count of tufting composites, with the increase in tufting distance, the flexural strength is reduced. But in the case of samples with tufting distance of 5.5 mm, the flexural strength reduced with increase in thorough-the-thickness yarn count, but for samples with tufting distance of 16 mm, showed some increases with the same count variations. After the failure stress in stress-displacement curve was increased for specimens with Z direction reinforcements.