Testler, termoplastik kompozitlerin yüksek sıcaklıklarda nasıl güç kaybettiğini ortaya koyuyor

Skoltech’ten araştırmacılar, Xi’an Jiaotong Üniversitesi’nden ve Rusya Bilimler Akademisi Blagonravov Makine Mühendisliği Enstitüsü’nden meslektaşlarıyla birlikte, üç farklı termoplastik matrise (polifenilen sülfit (PPS), poliamid-6 (PA6) ve polipropilen (PP) dayanan pultrüzyon cam elyaf kompozitlerin bükülme özelliklerine ilişkin sistematik bir çalışma yürüttüler.

Sonuçlar, bir kompozitin ısıtma altındaki davranışının takviyeden ziyade öncelikle polimer matris tarafından belirlendiğini göstermektedir. Bulgular, mühendislerin havacılık, otomotiv, enerji ve diğer sektörlerde yüksek sıcaklıklarda çalışan bileşenler için malzeme seçmesine yardımcı olacak.

Çalışma dergide yayınlandı Sonraki Malzemeler.

Araştırmacılar, oda sıcaklığından 280 °C’ye ısıtıldığında malzemelerin mukavemetinin nasıl değiştiğini test etti. PPS bazlı kompozit en yüksek sıcaklıklara dayandı: 260 °C’de bile gücünü korudu ve 220 °C’de hala başlangıçtaki sertliğinin yarısından fazlasını korudu.

PA6 bazlı malzeme oda sıcaklığında en güçlü olanıydı ancak özellikleri ısıtma altında giderek kötüleşti. PP bazlı kompozit ise aksine 120 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda bozulmaya başladı ve 160 °C’ye kadar yük taşıma kapasitesini tamamen kaybetti.

Termal analiz, malzemelerin ısıtma altındaki davranışının polimer matrisin özellikleri tarafından belirlendiğini doğruladı. PPS kompoziti diğerlerinden daha geç ayrışmaya başladı (374 °C’de) ve en yüksek cam geçiş sıcaklığına (109 °C) sahipti, bu da onun üstün performansını açıklıyordu. PA6 bazlı malzeme orta bir pozisyonda bulunurken, PP kompozit düşük erime noktasından (151 °C) dolayı en hızlı şekilde bozundu.

Araştırmanın baş araştırmacısı ve Skoltech Malzeme Merkezi’nde doçent olan Alexander Safonov, “Sonuçlar, mühendislerin yüksek sıcaklıklarda çalışan bileşenler için (örneğin havacılık, otomotiv ve enerji uygulamalarında) doğru malzemeleri seçmelerine yardımcı olacak” dedi.

“Çalışma, bir kompozit aynı takviye fiberini içerdiğinde bile ısıtma altındaki davranışının polimer matris tarafından belirlendiğini gösterdi. İncelenen malzemeler arasında PPS, sıcak koşullar için en iyi seçimdir; polipropilen ise yalnızca sıcaklıkların 100–120 °C’yi aşmadığı yerlerde kullanılmalıdır.”

Araştırmanın ilk yazarı ve doktora öğrencisi Sukhwant Pal, “Mevcut analitik modellerin bu malzemelerin sıcaklık bozulmasını nasıl tanımladığını test ettik” dedi. Skoltech’te Matematik ve Mekanik programı öğrencisi.

“Evrensel bir modelin olmadığı ortaya çıktı; her matris türü farklı bir yaklaşım gerektiriyor. Bu, yapısal hesaplamalar için önemli: Yanlış modelin seçilmesi, yük taşıma kapasitesinin tahmin edilmesinde hatalara yol açabilir. Mahieux ve Bosze modellerinin, kademeli olarak bozunan malzemeler (PPS ve PA6) için en iyi sonucu verdiğini, özelliklerin keskin bir şekilde düştüğü polipropilen için ise daha basit modellerin yeterli olduğunu gösterdik.”