Elyaf yönelimi ve gerilme seviyesinin cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin sürünme davranışı üzerindeki etkisi

Abstract

Cam elyafı takviyeli polimer kompozitler, cam elyafı ve polimerden oluşan yapıları sayesinde yüksek dayanım ve korozyona karşı dirençleri nedeniyle yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak sabit gerilme altında kaldıklarında, elyafların yönelimi ve gerilme seviyesi performans özellikleri üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu çalışma, farklı elyaf yönelimlerine sahip cam elyafı takviyeli epoksi kompozitlerin eğilme ve eğilme yükü altında sürünme davranışını deneysel olarak incelemektedir. Kompozit yapılar vakum destekli reçine transfer kalıplama yöntemi kullanılarak üretilmiştir. 0°, 30°, 45° ve 60° elyaf yönelimlerine sahip numuneler hazırlanmış ve test edilmiştir. Öncelikle, nihai eğilme dayanımı değerlerini belirlemek amacıyla statik üç nokta eğme testleri gerçekleştirilmiştir. Bu değerlere dayanarak, maksimum eğilme dayanımının %25, %50 ve %75’i seviyelerinde 120 dakika süreyle sürünme testleri yapılmıştır. Sonuçlar, elyaf yöneliminin hem eğilme dayanımı hem de sürünme tepkisi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. 0° elyaf yönelimine sahip numuneler 133,1 ± 17,8 MPa gerilme değeri ile en yüksek eğilme dayanımını ve iki saatlik sürünme yükü uygulanmasından sonra %25, %50 ve %75 gerilim seviyeleri için sırasıyla 0,78 mm, 1,48 mm ve 2,69 mm olan en düşük sürünme deformasyonları gözlemlenmiştir. Aksine, 45° lif yönelimi en düşük mukavemeti (63,2 ± 8,9 MPa) göstermiş ve dolayısıyla %25, %50 ve %75 gerilim seviyeleri için sırasıyla 1,01 mm, 2,53 mm ve yaklaşık 10 mm olan en yüksek sürünme deformasyonlarını sergilemiştir. 45° elyaf yönelimli numune, %75 gerilim seviyesinde yaklaşık 2000 saniye sonra kırılmıştır ve iki saatlik süreye ulaşamamıştır. Elyaf yönelim açısının artmasıyla birlikte, matris ağırlıklı deformasyon mekanizmalarının baskın hale gelmesi nedeniyle rijitlik azalmış ve yer değiştirme artmıştır. Gerilme seviyeleri arttıkça, elyaf yöneliminin etkisi daha belirgin hale gelmiş ve özellikle %75 gerilme seviyesinde 45° numunelerde kararsız sürünme davranışına yol açmıştır. Bulgular, uzun süreli yükleme koşullarına maruz kalan GFRP bileşenlerinin tasarımında hem elyaf yöneliminin hem de uygulanan gerilme seviyesinin dikkate alınması gerektiğini göstermektedir.

Keywords

• Cam elyaf takviyeli kompozitler
• Sürünme davranışı
• Elyaf yönelimi
• Üç-nokta eğme
• VARTM

Effect of fiber orientation and stress level on creep behavior of glass fiber reinforced epoxy composites

Abstract

Glass fiber reinforced polymer (GFRP) composites, made of glass fiber and plastic, are widely used in structural applications because of their high strength and resistance to corrosion. But the orientation of the fibers and the level of stress have a major effect on their performance characteristics when subjected to constant stress. This paper experimentally investigates the flexural and flexural creep behavior of glass fiber-reinforced epoxy composites with varying fiber orientations. Composite laminates were made using the vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM) process. The specimens with fiber orientations of 0°, 30°, 45°, and 60° were prepared and tested. Initially, static three-point bending tests were conducted to determine the ultimate flexural strength values. Creep tests were conducted at stress levels of 25%, 50%, and 75% of the maximum flexural strength for 120 minutes, based on these values. The results showed that the fiber orientation significantly affected both flexural strength and creep response. The specimens with a 0° fiber orientation showed the highest flexural strength as 133.1 ± 17.8 MPa and the lowest creep deformations which are 0.78 mm, 1.48 mm, and 2.69 mm for 25%, 50%, and 75% stress levels, respectively after two hours. On the contrary, the 45° fiber orientation showed the lowest strength as 63.2 ± 8.9 MPa and hence highest creep deformations which are 1.01 mm, 2.53 mm, and nearly 10 mm for 25%, 50%, and 75% stress levels, respectively. The 45° fiber-oriented sample was failed after nearly 2000 seconds which could not reach the two hours under 75% stress level. With an increase in the fiber orientation angle, the stiffness reduced and the displacement increased due to the dominance of matrix-dominated deformation mechanisms. As stress levels rose, the impact of fiber orientation intensified, leading to unstable creep behavior, especially in 45° specimens at a 75% stress level. The findings demonstrate that both fiber orientation and applied stress level must be considered in the design of GFRP components subjected to long-term loading conditions.

Keywords

• Glass fiber reinforced composites
• Flexural creep behavior
• Fiber orientation
• Three-point bending
• VARTM

References

1. Haji, M., Naderpour, H. ve Kheyroddin, A., Experimental study on influence of proposed FRP-strengthening techniques on RC circular short columns considering different types of damage index, Composite Structures, 209, 112–128, (2019).
2. Qin, G., Na, J., Mu, W., Tan, W., Yang, J. ve Ren, J., Effect of continuous high temperature exposure on the adhesive strength of epoxy adhesive, CFRP and adhesively bonded CFRP-aluminum alloy joints, Composites Part B: Engineering, 154, 43–55, (2018).
3. Bodzak, P., Prestressing and preloading effect in RC slabs strengthened with normal and pretensioned CFRP EBR strips, Composites Part B: Engineering, 169, 19–28, (2019).
4. Miyano, Y. ve Nakada, M., Accelerated testing methodology for durability of CFRP, Composites Part B: Engineering, 191, 107977, (2020).
5. Rahman, M. M., Cope, C. T., Abavisani, I., D’Antino, T., Focacci, F. ve Carloni, C., Comprehensive study of GFRP bar-concrete bond behavior using pull-out and three-point bending tests, Journal of Building Engineering, 108, 112819, (2025).
6. Birleanu, C., Udroiu, R., Cioaza, M., Pustan, M., Paul, B. ve Vilau, C., The effect of fiber weight fraction on tribological behavior for glass fiber reinforced polymer, Polymers, 17, 720, (2025).
7. Landesmann, A., Seruti, C. A. ve Batista, E. D. M., Mechanical properties of glass fiber reinforced polymers members for structural applications, Materials Research, 18, 1372–1383, (2015).
8. Gao, Q., Zhao, X., Sun, Q., Wang, J. ve Pan, Y., Experiment and finite element characterization on the compressive creep behavior of glass-fiber reinforced polymer composites, Polymer Composites, 1–15, (2025).

9. Liao, D., Gu, T., Yan, J., Yu, Z., Dou, J., Liu, J., Zhao, F. ve Wang, J., Effect of thermal aging on the microscale mechanical response behavior of glass fiber/epoxy composites, Journal of Materials Science, 59, 15298–15314, (2024).
10. Naveena, M. D., Mathew, S. I. ve Komazaki, S., Review of impression creep test: A small-scale testing method for evaluation of creep properties of materials, Frontiers in Materials, 12, 1–15, (2025).
11. Brauner, C., Herrmann, A. S., Niemeier, P. M. ve Schubert, K., Analysis of the non-linear load and temperature-dependent creep behaviour of thermoplastic composite materials, Journal of Thermoplastic Composite Materials, 30, (2015).
12. Yang, Y., Hou, J., Khabaz-Aghdam, A., da Silva, L. F. M. ve Zhang, S., Creep behaviour and life prediction of epoxy structural adhesives used for CFRP strengthening applications, Journal of Adhesion, 101, 1570–1599, (2025).
13. Gao, Q., Zhao, X., Sun, Q. ve Liu, B., Experimental and numerical evaluation on the flexural creep behavior of glass fiber-reinforced polymer composites, Journal of Building Engineering, 120, 115610, (2026).
14. Cheng, K., Wang, Y., Fang, H., Qian, C. ve Wu, P., Experimental investigation and prediction for bending creep of glass fiber-reinforced polymer pultruded tube, Buildings, 13, 12714, (2023).
15. Negawo, T. A., Polat, Y., Akgul, Y., Kilic, A. ve Jawaid, M., Mechanical and dynamic mechanical thermal properties of ensete fiber/woven glass fiber fabric hybrid composites, Composite Structures, 259, 113221, (2021).
16. Wang, H. W., Zhou, H. W., Gui, L. L., Ji, H. W. ve Zhang, X. C., Analysis of effect of fiber orientation on Young’s modulus for unidirectional fiber reinforced composites, Composites Part B: Engineering, 56, 733–739, (2014).
17. Berardi, V. P., Perrella, M., Feo, L. ve Cricrì, G., Creep behavior of GFRP laminates and their phases: Experimental investigation and analytical modeling, Composites Part B: Engineering, 122, 136–144, (2017).
18. Sá, M. F., Gomes, A. M., Correia, J. R. ve Silvestre, N., Creep behavior of pultruded GFRP elements–Part 1: Literature review and experimental study, Composite Structures, 93(10), 2450–2459, (2011).
19. Li, X., Liu, W., Fang, H., Huo, R. ve Wu, P., Flexural creep behavior and life prediction of GFRP-balsa sandwich beams, Composite Structures, 224, 111009, (2019).