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用于汽车行业的黄麻、玻璃和混合黄麻/玻璃纤维增强聚合物复合材料的粘合接头。粘合接头已被证明是各行各业(即汽车、航空、船舶

作者:文人学识

用于汽车行业的黄麻、玻璃和混合黄麻/玻璃纤维增强聚合物复合材料的粘合接头。

粘合接头已被证明是各行各业(即汽车、航空、船舶、体育等)中经典机械接头的可行替代品。与传统接头相比,粘接接头具有许多固有的优势。

纤维增强复合材料(FRC)越来越多地用于粘结结构,以便通过取代金属粘附物来降低结构重量和成本。重量和成本更低,玻璃等合成增强材料具有更高的强度,更低的吸水率和更高的纤维/基体界面强度。

例如黄麻,这种纤维比其他常见的天然纤维(如剑麻)具有更高的刚度。然而,黄麻的密度几乎是玻璃纤维的一半(即1.3,而大约2.5),这使其成为一种可行的替代品,能够以更轻的重量匹配玻璃纤维部件的刚度。

另一方面,黄麻纤维的挺度接近玻璃纤维的80%和成本。

实验材料选取双向黄麻和玻璃平纹织物,黄麻织物 (T10, 248 克/米)2)由Sisalsul提供,而玻璃产品(RE200,200克/米)则由玻璃供应2)由梭子鱼先进复合材料公司提供。

由梭子鱼先进复合材料公司提供的双组分环氧树脂HEX 135 SLOW用于制造复合材料。

复合板(纯合成、纯天然和混合)采用手工铺层技术制造,然后通过钢模和加热板液压机Solab SL-20进行热压压缩成型。

根据制造商指南,固化时间为8°C下70小时。固化后,从复合板(25×107.5毫米)上切割粘附物。 

混合复合材料的制造方式具有堆叠顺序,该堆叠顺序具有由5层黄麻和两侧对称玻璃织物层组成的天然纤维芯。玻璃层的数量在两侧从2层到3层不等。

纤维重量百分比保持在30%左右,树脂+固化剂(100:33)保持在最终复合材料重量的70%。

用作粘附物的材料使用通用英斯特朗®5966 试验机进行拉伸测试。使用10 kN称重传感器,十字头速度为1 mm/min。

使用带有钢垫片的模具来保持粘附物的正确对齐并避免喷出圆角。垫片还确保了0.2毫米的粘合层厚度和12.5毫米的重叠长度。在牵引力测试期间,将对齐片粘在SLJ的边缘以对齐试样。

在室温下对每个病例至少测试四个样本。在测试期间记录了载荷-位移曲线。测试后,根据ASTM 5573对粘接接头的失效模式进行目视分析和分类。

试验结束后,对实验数据进行采样分析。复合粘接接头的失效模式可能发生在粘附物(即纤维撕裂、轻纤维撕裂、薄层内聚失效和断浆失效)、粘附物/粘合界面(粘合失效)或粘合层内(粘性失效)。

大部分破坏面以粘性破坏为主,混合TLC。GFRP和JFRP SLJ在失效模式方面的显著差异是由于黄麻纤维及其复合材料更脆。

这反过来意味着 JFRP 在 SLJ 牵引测试中无法旋转其边缘以解释由负载偏心引起的剥离应力增加。

最后,可以从数据中看出失效面呈现TLC/LFT混合失效模式。这是由于较轻的粘合剂粉尘和下方可见的基质以及从相反粘附物的经纱和纬向拉扯表面树脂。

这意味着裂纹几乎完全在多材料界面中传播,而不是在粘合剂内凝聚,这是一个较低的能量路径。与GFRP SLJs破坏模式相比,可以看到微弱但明显的经纬图案,表明裂缝路径更靠近粘附物。

纯黄麻接头(JFRP)的破坏载荷最低,因为纯黄麻粘附物具有最低的性质,而SLJ在粘附物中失效。

与JFRP相比,混合2层SLJ的平均故障负荷提高了约27%,而混合3层SLJ的平均失效负荷比JFRP提高了约48%。

此外,如果比较混合SLJ的性能,发现混合SLJ的失效负荷受到合成层数的显着影响(即,当混合28层SLJ与3层接头相比时,平均失效负荷增加了约2%)。

这可以通过粘附材料性能的差异及其对接头破坏模式的影响来解释,因为增加的材料性能(即复合材料刚度和横向拉伸强度)有助于减轻剪切载荷期间的尖端旋转以及分层破坏。

在这项研究中,对由天然、合成和层间杂化纤维增强聚合物复合材料制成的单搭接粘合接头进行了实验研究。

参考文献:

【1】巴内亚·复合材料中的粘合接头:概述。ProcIMechE.2009;223(1):1–18.

【2】布德 S, 巴内亚 M, 德巴罗斯 S, 达席尔瓦 L.复合材料中粘合接头的最新综述。Int J Adhes Adhes.2017;72:30–42.

【3】Budhe S, Banea MD, de Barros S. 航空航天应用中复合材料结构的粘结修复:环境问题综述.应用科学 2018;6(1):3.

【4】巴尼亚医学博士。粘附性能对粘合接头强度的影响。布尔夫人。2019;44(8):625–9.

【5】巴内亚医学博士,罗西奥拉M,卡巴斯RJC,达席尔瓦LFM。用于汽车行业的多材料粘接接头。Compos B Eng. 2018;151:71–7.

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