Flexural Properties of Glass Fiber Reinforced Epoxy Composites at Different Strain Rates

Abstract

Composite materials are exposed to various loading speeds when considering the application areas. Understanding how strain rates affect the behavior of composite materials and estimating this behavior constitute one of the important work areas. In this work, glass fiber reinforced epoxy composites were produced and their mechanical behaviour under various strain rates (2.5 mm/min, 5 mm/min and 10 mm/min) was investigated. Strain rates was based on crosshead speed. Composite plates were produced by VARIM (Vacuum Assisted Resin Infusion Method). The samples were cut according to ASTM standards and then three-point bending test was applied to understand flexural behaviour of glass fiber reinforced epoxy composites. Composite plates were prepared as three different fiber orientations (0°, 45°, 90°) and the effect of different strain rates on different fiber orientations was investigated. As a result, as strain rate increases, the flexural stress increases and there is no meaningful change in the modulus of elasticity and deflection. In addition, the most affected fiber orientation is 45° fiber orientation for flexural stress.

Keywords

• Polymer,Composite,Flexural properties,Strain rates

Cam Fiber Takviyeli Epoksi Kompozitleri Farklı Yükleme Hızlarında Eğilme Özellikleri

Abstract

Kompozit malzemeler, uygulama alanları göz önüne alındığında çeşitli yükleme hızlarına maruz kalmaktadırlar.  Farklı  yükleme hızlarının kompozit malzemelerin davranışını nasıl etkilediğini anlamak ve bu davranışı tahmin edebilmek önemli çalışma alanlarından birini oluşturmaktadır. Bu çalışmada, cam elyaf takviyeli epoksi kompozitler üretilmiş ve çeşitli yükleme hızları  altında (2.5 mm/dak, 5 mm/dak ve 10 mm/dak) mekanik davranışları incelenmiştir. Yükleme hızı olarak piston başlığı hızı baz alınmıştır. Kompozit plakalar VARIM (Vakum Destekli Reçine İnfüzyon Metodu) ile üretilmiştir. Numuneler ASTM standartlarına göre kesilmiş ve cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin eğilme davranışını anlamak için üç nokta eğilme deneyi uygulanmıştır. Kompozit plakalar, üç farklı elyaf oryantasyonunda (0 °, 45 °, 90 °) hazırlanmış ve belirlenen yükleme hızlarının bu elyaf oryantasyonları üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuç olarak, yükleme hızı arttıkça, eğilme gerilmesi artmış fakat elastisite modülü ve çökme sonuçlarında anlamlı bir değişiklik gözlemlenmemiştir. Ek olarak, eğilme gerilmesi için en çok etkilenen elyaf oryantasyonun 45° elyaf oryantasyonu olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Polimer,Kompozit,Eğilme özellikleri,Yükleme hızı

References

1. 1. Tong, L., Mouritz, A.P., and Bannister M.K. 2002. 3D Fibre Reinforced Polymer Composites. Chapter 1- Introduction. Elsevier Science, pp.1-12.
2. 2. Bakis, C. E., Bank, L. C., Brown, V., Cosenza, E., Davalos, J. F., Lesko, J. J., ... & Triantafillou, T. C. 2002. Fiber-reinforced polymer composites for construction—State-of-the-art review. Journal of composites for construction, 6(2), 73-87.
3. 3. Saheb, D. N., & Jog, J. P. 1999. Natural fiber polymer composites: a review. Advances in Polymer Technology: Journal of the Polymer Processing Institute, 18(4), 351-363.
4. 4. Zheng, Y. Z., Wang, W. W., Mosalam, K. M., & Zhu, Z. F. 2018. Mechanical behavior of ultra-high toughness cementitious composite strengthened with fiber reinforced polymer grid. Composite Structures, 184, 1-10.
5. 5. Jacob, G. C., Starbuck, J. M., Fellers, J. F., Simunovic, S., & Boeman, R. G. 2004. Strain rate effects on the mechanical properties of polymer composite materials. Journal of Applied Polymer Science, 94(1), 296-301.
6. 6. Dastoorian, F., & Tajvidi, M. 2008. Influence of strain rate on the flexural properties of a wood flour/HDPE composite. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 27(16-17), 1701-1708.
7. 7. Okoli, O. I., & Smith, G. F. 2000. The effect of strain rate and fibre content on the Poisson’s ratio of glass/epoxy composites. Composite Structures, 48(1-3), 157-161.
8. 8. Gurusideswar, S., Srinivasan, N., Velmurugan, R., & Gupta, N. K. 2017. Tensile response of epoxy and glass/epoxy composites at low and medium strain rate regimes. Procedia engineering, 173, 686-693.

9. 9. Perogamvros, N., Mitropoulos, T., & Lampeas, G. 2016. Drop tower adaptation for medium strain rate tensile testing. Experimental Mechanics, 56(3), 419-436.
10. 10. Ou, Y., Zhu, D., Zhang, H., Huang, L., Yao, Y., Li, G., & Mobasher, B. 2016. Mechanical characterization of the tensile properties of glass fiber and its reinforced polymer (GFRP) composite under varying strain rates and temperatures. Polymers, 8(5), 196.
11. 11. Naresh, K., Shankar, K., Rao, B. S., & Velmurugan, R. 2016. Effect of high strain rate on glass/carbon/hybrid fiber reinforced epoxy laminated composites. Composites Part B: Engineering, 100, 125-135.
12. 12. Li, X., Yan, Y., Guo, L., & Xu, C. 2016. Effect of strain rate on the mechanical properties of carbon/epoxy composites under quasi-static and dynamic loadings. Polymer Testing, 52, 254-264.
13. 13. Okoli, O. I., & Smith, G. F. 1995. Overcoming inertial problems in the high strain rate testing of a glass/epoxy composite. ANTEC'95., 2, 2998-3002.
14. 14. Jacob, G. C., Starbuck, J. M., Fellers, J. F., Simunovic, S., & Boeman, R. G. 2004. Strain rate effects on the mechanical properties of polymer composite materials. Journal of Applied Polymer Science, 94(1), 296-301.
15. 15. Adem, E., Didwania, M., Reddy, G. M., & Koricho, E. G. 2015. Experimental Analysis of E-Glass/Epoxy & E-Glass/polyester Composites for Auto Body Panel. American International Journal of Research in Science, Technology, Engineering & Mathematics, 10(4), 377-383.