نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 استادیار، مهندسی مواد، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان ، ایران

چکیده

کامپوزیت‌های چندلایه‌ای الیاف- فلز که از اتصال ورق‌های نازک فلزی و کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف تشکیل ‌شده‌اند، به دلیل دارابودن وزن کمتر و خواص مکانیکی بهتر در مقایسه با سایر کامپوزیت‌ها و آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده‌اند. در صورت ایجاد عیوبی همچون ترک در این مواد، ساختار آن‌ها آسیب دیده و لذا باید آن را جایگزین نمود. جهت بهبود عیوب و ترک‌ها بدون جایگزین‌کردن کامپوزیت چندلایه‌ای از سیستم‌های خودترمیمی استفاده می‌شود. در این پژوهش یک سری میکرولوله‌های شیشه‌ای کوتاه پرشده با نوعی ماده ترمیم‌کننده شامل رزین اپوکسی و هاردنر مربوط به آن به‌عنوان سیستم خودترمیمی استفاده شده است. هنگامی‌که در حین بارگذاری عیب یا ترک در کامپوزیت ایجاد شود، این عیوب با میکرولوله‌های شیشه‌ای کوتاه برخورد کرده، در نتیجه میکرولوله‌ها شکسته و عامل ترمیمی در محل آسیب جریان پیدا می‌کند که با گذشت زمان موجب ترمیم آسیب و در نتیجه بهبود خواص کامپوزیت می‌شود. هدف از این پژوهش بررسی کسر حجمی مناسب و زمان مطلوب جهت مشاهده پدیده ترمیم‌شوندگی است. بدین منظور میکرولوله‌های شیشه‌ای حاوی مواد ترمیم‌کننده با کسرهای حجمی 4، 8 و 12 پر و خردشده و در کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت‌شده با الیاف شیشه پراکنده شدند. خواص کششی نمونه‌ها با گذشت زمان‌های مختلف پس از ایجاد آسیب مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان بازیابی راندمان ترمیم به میزان 3/58 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی ماده ترمیمی مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental study of tensile behavior of self-healing fiber-metal laminates composites with chopped hollow glass fibers

نویسندگان [English]

  • Reza Eslami-Farsani 1
  • Fatemeh Mohabbati 2
  • Hamed Khosravi 3

1 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

2 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran

3 Department of Materials Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran

چکیده [English]

Fiber metal laminates (FMLs) are a family of hybrid composite structures formed from the combination of metal layers sandwiching a fiber- reinforced plastic layer. Because of low weight and better mechanical properties in comparison with aluminum alloys and other composites, they have found a wide range of use in aerospace industriy. In the case of deep micro-cracks within the FMLs, they must be replaced. To avoid of replacing the FMLs, the self-healing phenomenon is an appropriate strategy to control the defects and micro-cracks. In this research a series of chopped micro glass tubes were employed to provide a self-healing system. These chopped micro glass tubes were filled with epoxy resin + hardener as a healing agent system. When the structure is exposed under loading condition, the created damages and micro-cracks rupture the chopped micro-glass tubes and the healing agent flows in the damage area and over a time span the defects will be healed and eliminated. The aim of this study is to find out the appropriate chopped micro-glass tubes volume fraction and the healing time to obtain an efficient healing. For this purpose, the chopped micro-tubes containing 4, 8, and 12 Vol.% were incorporated in epoxy- glass fibers composite and the tensile behavior observed for the specimens were assessed during different healing time. The highest healing efficiency of 58.3% was observed for the specimen with 8% healing agent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber metal laminate composite
  • Self-healing phenomenon
  • Tensile behavior
  • Chopped microglass tubes
[1] Cortes, P. and Cantwell W.J., “The prediction of tensile failure in titanium-based thermoplastic fiber–metal laminates”, Composites science and technology, Vol. 66, pp. 2306-2316, 2006.
[2] Yuan, Y.C. Yin, T. Rong, M.Z. and Zhang, M.Q., “Self-healing in polymers and polymer composites. Concepts, realization and outlook: A review”, eXPRESS Polymer Letters, Vol. 2, No. 4, pp. 238–250, 2008.
 [3] Zhang, J. Lin, T. Cheung, S.C.P. and Wang, C.H., “The effect of carbon nanofibres on self-healing epoxy/poly(ɛ-caprolactone) blends”, Composites Science and Technology, Vol.  72, pp. 1952–1959, 2012.
[4] Semaami, M. Aram, E. and Mahdavian, A., “Smart polymer: Self-healing Polymers”, Polymerization, Vol. 3, pp. 27-38, 2013.
[5] Ghosh, S.K., "Self-healing materials: fundamentals, design strategies, and applications", John Wiley & Sons, 2009.
 [6] Wool, R.P., "Self-healing materials: a review", Soft Matter, pp. 400-418, 2008.
[7] Wu, D.Y. Meure, S. and Solomon, D., “Self-healing polymeric materials: A review of recent developments”, Progress in Polymer Science, Vol. 33, pp. 479-522, 2008.
[8] Mangun, C.L. Mader, A.C. Sottos, N.R. and White, S.R., “Self-healing of a high temperature cured epoxy using poly(dimethylsiloxane) chemistry”, Polymer, Vol. 51, pp. 4063-4068, 2010.
 [9] Curtis, P. and Ttavis, S., “Hollow Carbon Fiber for Performance Polymer Composite”, Plastics, Rubber and Composites, Vol. 28, pp. 201-209, 1999.
[10] Eslami-Farsani, R. Sari, A. and Khosravi, H., “Mechanical properties of carbon fibers/epoxy composite containing anhydride self-healing material under  transverse loading”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, First Online Publishing, 2016.
[11] McDonald, J.CDuffy, D.CAnderson, J.RChiu, D.T.  Wu, H. Schueller, O.J. and Whitesides, G.M., "Fabrication of microfluidic systems in poly (dimethylsiloxane)”, Electrophoresis, Vol. 21, pp. 27-40, 2000.
 [12] Hucker, M., Bond, I. Bleay, S. and Haq, S., “Experimental evaluation of unidirectional hollow glass fiber/epoxy composites under compressive loading”, Composites: Part A, Vol. 34, pp. 927–932, 2003.
[13] Curtis, P.T. and Travis, S.W.G., “Hollow carbon fibers for high performance polymer composites”, Plastics, Rubber and Composites, Vol. 28, No. 5, pp. 201-209, 1999.
[14] Dry, C. Sottos, N.R., “Passive smart self-repair in polymer matrix composite materials”, SPIE, Vol. 1916, pp. 438-444, 1993.
[15] Dry, C., “Procedures developed for self-repair of polymer matrix composite materials”, Composite Structures, Vol. 35, pp. 263-269, 1996.
[16] Motuku, M. Vaidya, U.K. and Janowski, G.M., “Parametric studies on self-repairing approaches for resin infused composites subjected to low velocity impact”, Smart Materials and Structures, Vol. 8, pp. 623–638, 1999.
 [17] Bleay, S.M. Loader, C.B. Hawyes, V.J. Humberstone, L. and Curtis P.T., “A smart repair system for polymer composites”, Composites: Part A, Vol. 32, pp. 1767-1776, 2001.
[18] Wechsatol, W. Lorente, S. and Bejan, A., “Tree-shaped networks with loops”, International journal of heat and mass transfer, Vol. 48, pp. 573-583, 2005.
[19] Blaiszik, B. Kramer, B. Olugebefola, S. Moore, J. S. and Sottos, N. R., “Self-Healing Polymers and Composites”, Annual Review Material Research, Vol. 40, pp. 179-211