علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی استحکام اتصال جوش فراصوتی کامپوزیت الیاف ممتد شیشه پلی آمید 6

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

چکیده

کامپوزیت‌های الیاف ممتد نسبت به کامپوزیت‌های الیاف کوتاه عملکرد مکانیکی بالاتری دارند به همین سبب به طور قابل توجهی در صنایع هوایی استفاده می‌شوند. یکی از روش‌های نوین اتصال کامپوزیت‌ها جوش فراصوتی (التراسونیک) می‌باشد. در این فرآیند با اعمال ارتعاشات توان بالا (100 الی 2000 وات) و فرکانس بالا (15 تا 100 کیلوهرتز) به محل اتصال دو قطعه، حرارت در محل اتصال ایجاد و باعث چسبیدن دو قطعه به هم می‌شود. در این تحقیق به بررسی پارامترهای اتصال جوش فراصوتی کامپوزیت شیشه پلی آمید 6، تاثیر فیلم لایه واسط و جهت الیاف در استحکام اتصال پرداخته شده است و در انتها اتصال جوش فراصوتی با اتصال چسبی مقایسه شده است. در بررسی اتصال به صورت اتصال لبه روی هم، نمونه‌ها با توجه به استاندارد ASTM D5868 برش خوردند و پس از جوشکاری فراصوتی تحت آزمون کشش-برش قرار گرفتند. با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی متوسط برای زمان، فشار و توان مشاهده شد استفاده از یک لایه فیلم پلیمر خالص به عنوان فیلم لایه واسط استحکام جوش را افزایش می‌دهد. با تغییر جهت الیاف تمامی لایه‌ها به اندازه 90 درجه، استحکام جوش مقداری کاهش و مقدار بیرون زدگی پلیمر و الیاف بیشتر شد و کیفیت ظاهری کاهش یافت. در مقایسه اتصال جوش با اتصال چسب، مقدار استحکام جوش بالاتر از استحکام اتصال چسب بود و همچنین زمان صرف شده در اتصال جوش بسیار کمتر از زمان صرف شده در اتصال چسبی بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the strength of the ultrasonic welding of the polyamide 6 continuous fiber glass composite

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Abedini Nodoushan 1
  • Rezvan Abedini 2
  • Ramin Hashemi 3

1 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

3 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Composites of continuous fibers have higher mechanical performance than short fibers, which is why they are produced and used significantly in the aviation industry. One of the new methods of joining composites is ultrasonic welding. In this process, by applying high power (100 to 2000 watts) and high frequency (15 to 100 kHz) vibrations to the joint of two parts, heat is generated in the joint and causes the two parts to stick together. In this research, the parameters of the ultrasonic welding of polyamide 6 glass composite, the effect of the interlayer film, and the direction of the fibers on the strength of the connection have been investigated. Ultimately, the ultrasonic welding connection has been compared with the adhesive bond. In examining the connection as an edge-to-edge connection, the samples were cut according to ASTM D5868 standard and subjected to a tensile-shear test after ultrasonic welding. Considering the average input parameters for time, pressure, and power, it was observed that using a pure polymer film layer as the interlayer film increases the welding strength. By changing the direction of the fibers of all layers by 90 degrees, the welding strength decreased a little. The amount of polymer and fiber protrusion increased, and the appearance quality decreased. In comparing the welding connection with the adhesive bond, the value of the welding strength was higher than the strength of the adhesive connection. Also, the time spent on the welding connection was much less than on the adhesive bonding.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasonic welding
  • Composites
  • Polyamide 6 glass fiber
  • Lap shear joint
  • Continuous fiber glass composite
مراجع
[1]  Benatar, A., “Ultrasonic Welding of Plastics and Polymeric Composites“  in: Power Ultrasonics, Eds., pp. 295-312, 2015.
[2]  “Chapter 2 - Ultrasonic Welding“  in: M. J. Troughton, Handbook of Plastics Joining (Second Edition), Eds., pp. 15-35, Boston: William Andrew Publishing, 2009.
[3]  Bhudolia, S. K., Gohel, G., Leong, K. F. and  Islam, A., “Advances in Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composites: A Review“ Materials, Vol. 13, No. 6, pp. 1284, 2020.
[4]  Troughton, M., “Handbook of Plastics Joining a Practical Guide, Second Edition“, 2008.
[5]  Gallego-Juárez, J. and  Graff, K., “Introduction to Power Ultrasonics“  in: Power Ultrasonics, Eds., pp. 1-6: Elsevier, 2015.
[6]  Abedini, R., Abdullah, A., Alizadeh, Y. and  Fartashvand, V., “A Roadmap for Application of High Power Ultrasonic Vibrations in Metal Forming“ Modares Mechanical Engineering, Vol. 16, No. 10, pp. 323-334, 2017.
[7]  Abdullah, A., Sotoodezadeh, M., Abedini, R. and  Fartashvand, V., “Experimental Study on Ultrasonic Use in Dry Creep-Feed up-Grinding of Aluminum 7075 and Steel X210cr12“ International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 14, No. 2, pp. 191-198, 2013.
[8]  Fartashvand, V., Abedini, R. and  Abdullah, A., “Influence of Ultrasonic Vibrations on the Properties of Press-and-Sintered Titanium“ Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 236, No. 11, pp. 1518-1525, 2022.
[9]  Abedini, R., Abdullah, A. and  Alizadeh, Y., “Ultrasonic Assisted Hot Metal Powder Compaction“ Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 38, pp. 704-710, 2017.
[10] Gujba, A. K. and  Medraj, M., “Power Ultrasonic Additive Manufacturing: Process Parameters, Microstructure, and Mechanical Properties“ Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2020, pp. 1064870, 2020.
[11] Cheng, X. M., Yang, K., Wang, J., Xiao, W. T. and  Huang, S. S., “Ultrasonic System and Ultrasonic Metal Welding Performance: A Status Review“ Journal of Manufacturing Processes, Vol. 84, pp. 1196-1216, 2022.
[12] Unnikrishnan, T. G. and  Kavan, P., “A Review Study in Ultrasonic-Welding of Similar and Dissimilar Thermoplastic Polymers and Its Composites“ Materials Today: Proceedings, Vol. 56, pp. 3294-3300, 2022.
[13] Micus, S., Rostami, S. G., Haupt, M., Gresser, G. T., Meghrazi, M. A. and  Eskandarian, L., “Integrating Electronics to Textiles by Ultrasonic Welding for Cable-Driven Applications for Smart Textiles“ Materials, Vol. 14, No. 19, pp. 5735, 2021.
[14] Benatar, A., Eswaran, R. V. and  Nayar, S. K., “Ultrasonic Welding of Thermoplastics in the near-Field“ Polymer Engineering & Science, Vol. 29, No. 23, pp. 1689-1698, 1989.
[15] Benatar, A. and  Cheng, Z., “Ultrasonic Welding of Thermoplastics in the Far-Field“ Polymer Engineering & Science, Vol. 29, No. 23, pp. 1699-1704, 1989.
[16] Liu, S.-J., Chang, I.-T. and  Hung, S.-W., “Factors Affecting the Joint Strength of Ultrasonically Welded Polypropylene Composites“ Polymer Composites, Vol. 22, No. 1, pp. 132-141, 2001.
[17] Dabiry, Y., Sheikhi, M. and  Nikoi, R., “An Experimental Study on the Tensile Behaviors of Ultrasonic Welded T-Joints for Polyamide Composite“ International Journal of Engineering, Vol. 29, pp. 1783-1790, 2016.
[18] Nikoi R, Sheikhi MM, Arab NBM. “Experimental analysis of effects of ultrasonic welding on weld strength of polypropylene composite samples“. In Persian, Modares Mechanical Engineering, 28(3):447–53, 2015.
[19] Wang, K., Li, Y., Banu, M., Li, J., Guo, W. and  Khan, H., “Effect of Interfacial Preheating on Welded Joints During Ultrasonic Composite Welding“ Journal of Materials Processing Technology, Vol. 246, pp. 116-122, 2017.
[20] Gao, Y.-H., Zhi, Q., Lu, L., Liu, Z.-X. and  Wang, P.-C., “Ultrasonic Welding of Carbon Fiber Reinforced Nylon 66 Composite without Energy Director“ Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 140, No. 5, 2018.
[21] Tutunchi, M., Golzar, M. and  Behravesh, A. H., “Investigation of Thermoplastic Pultrusion for Tubular Product Production Using Prepregs“ Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 1, pp. 23-32, 2015.
[22] najafi, m., Golzar, M. and  sadeghi, m., “Experimental Evaluation of Joint Strength in Polypropylene-Glass Fiber Reinforced Composites under Tensile Load“ Iranian Journal of Manufacturing Engineering, Vol. 6, No. 2, pp. 39-46, 2019.
[23] Ashofteh, R. S., Pourang, H., Mobasheri, M. and  Khoramishad, H., “The Effects of Temperature Level and Stress-to-Strength Ratio on Creep Behavior of Aluminum-Aluminum Single Lap Adhesive Joints“ Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 3, pp. 353-358, 2018.
[24]         Shamsaei, Z. and  Khoramishad, H., “Deleterious Effects of Seawater, Acidic Water and Alkali Water on Mechanical Properties of Nanocomposite Adhesives“ Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 9, No. 1, pp. 1936-1927, 2022
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 10، شماره 1
خرداد 1402
صفحه 2176-2183
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار