Filament sarım Bazalt / Epoksi kompozit boruların iç yüzey erozif aşınma davranışına partikül hızı ve çarpma açısının etkisi

Abstract

Kompozit malzemeler birçok alanda özellikle metal esaslı malzemelere alternatif olarak uygulama alanı bulmaktadır. Bu deneysel çalışmada Bazalt Elyaf Takviyeli Epoksi (BET/EP) kompozit boruların savunma sanayi, denizcilik, alt yapı ve aktarım tesislerinde kullanımı dikkate alınmıştır. Bu amaçla yüksek kimyevi ve ısıl denge, iyi mukavemet, sıcaklık/elektrik ve ses yalıtım özellikleri de gösteren Bazalt Elyaf Takviyesi (BET) tercih edilmiş olup Epoksi (EP) matris ilavesiyle CNC filament sarım makinelerinde [±55]4 sarım konfigürasyonunda kompozit borular ürettirilmiştir. Boru içerisinde partiküllü akışın olduğu uygulamaların temelinde farklı hızlara sahip aşındırıcıların boru içerisindeki akış yönü doğrultusunda farklı açılarda çarpması amaçlanmıştır. Boru içi katı partikül erozif aşınmayı araştırmak için, ASTM G76-95 standardıyla uyumlu deney setinde çift disk metodu kullanılarak belirlenen 23, 28, 34 ve 53 m/s çarpma hızlarındaki açısal geometriye sahip ~600 m aşındırıcı partiküller, 30°, 45° ve 60° olmak üzere üç farklı çarpma açısında BET/EP kompozit boruların iç yüzeyine etki edecek şekilde tekrarlı deneyleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır.

Keywords

• Erozif aşınma
• BET/EP
• Erozyon direnci
• ASTM G76-96
• Kompozit boru

Effect of particle velocity and impingement angle on inner surface erosive wear behavior of Basalt / Epoxy composite pipes manufactured by filament winding Technique

Abstract

Composite materials find in many application areas, especially as an alternative to metal-based materials. In this experimental study, the use of Basalt Fiber Reinforced Epoxy (BFR/EP) composite pipes in the defense industry, maritime, infrastructure, and transmission facilities have been considered. For this purpose, Basalt Fiber Reinforcement (BET), which also shows high chemical and thermal balance, high strength, temperature/electricity, and sound insulation properties, was preferred, and composite pipes were produced in [±55]4 winding configuration on CNC filament winding machines with the addition of Epoxy (EP) matrix. Based on applications where as fluidized bed in the pipe, it is aimed to impinge the abrasive particles with different impact velocities by different impact angles in the direction of the flow in the pipe. To investigate the solid particle erosive wear behavior of the inner surface of the composite pipe ~600 µm abrasive particles with angular geometry used, which has impact velocities are 23/ 28/ 34/53 m/s, these velocities were also determined by using the double disc method. The impingement angles were determined as 30°/ 45°/60°/90° at the test set complying with ASTM G76-95 standard. Experiments were repeated three times and the results were interpreted.

Keywords

• Erosive wear
• BFR/EP
• Erosion resistance
• ASTM G76-96
• Composite pipe

References

1. 1. Gonabadi, H., Et Al., Fatigue Life Prediction Of Composite Tidal Turbine Blades. Ocean Engineering, 2022. 260: P. 111903.
2. 2. Fenner, J.S. And I.M. Daniel, Hybrid Nanoreinforced Carbon/Epoxy Composites For Enhanced Damage Tolerance And Fatigue Life. Composites Part A: Applied Science And Manufacturing, 2014. 65: P. 47-56.
3. 3. Meng, F., Et Al., From Aviation To Aviation: Environmental And Financial Viability Of Closed-Loop Recycling Of Carbon Fibre Composite. Composites Part B: Engineering, 2020. 200: P. 108362.
4. 4. Mieloszyk, M., K. Majewska, And W. Ostachowicz, Application Of Embedded Fibre Bragg Grating Sensors For Structural Health Monitoring Of Complex Composite Structures For Marine Applications. Marine Structures, 2021. 76: P. 102903.
5. 5. Abedi, M., R. Fangueiro, And A.G. Correia, A Review Of İntrinsic Self-Sensing Cementitious Composites And Prospects For Their Application İn Transport İnfrastructures. Construction And Building Materials, 2021. 310: P. 125139.
6. 6. Chen, M., Et Al., Sustainability And İnnovation Of Bamboo Winding Composite Pipe Products. Renewable And Sustainable Energy Reviews, 2021. 144: P. 110976.
7. 7. Luo, S., Et Al., Design, Preparation, And Performance Of A Novel Organic–İnorganic Composite Coating With High Adhesion And Protection For Concrete. Composites Part B: Engineering, 2022. 234: P. 109695.
8. 8. Durmuşçelebi, F.M., Ö. Özdemir, And M. Fırat, İçme Suyu Dağıtım Sistemlerinde Sızıntı Yönetimi Ve Şebeke Rehabilitasyonu İçin Fayda Maliyet Analizi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2021. 27(6): P. 660-668.

9. 9. Türkkan, G.E. And F. Atakul, İçme Suyu Şebeke Hattının Farklı Boru Tipleri İçin Tasarımı Ve Maliyeti: Erzurum İli Horasan İlçesi Örneği. Düzce Üniversitesi Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 2020. 8(2): P. 1521-1532.
10. 10. Zheng, Y., Et Al., Nano-Sio2 Modified Basalt Fiber For Enhancing Mechanical Properties Of Oil Well Cement. Colloids And Surfaces A: Physicochemical And Engineering Aspects, 2022: P. 128900.
11. 11. Sepetcioglu, H., Experimental Study On The Effect Of Graphene Nanoplatelets On The Low‐Velocity İmpact Response Of Prestressed Filament Wound Basalt‐Based Composite Pressure Vessels. Polymer Composites, 2021. 42(10): P. 5527-5540.
12. 12. Demircan, G., Ö. Mustafa, And K. Murat, Flexural Properties Of Glass Fiber Reinforced Epoxy Composites At Different Strain Rates. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, 2020. 22(64): P. 271-276.
13. 13. Karaçor, B. And M. Özcanlı, The Effect Of Use Of Different Types Of Matrix Material On Mechanical Characteristics İn Jute/Carbon Fiber Reinforced Hybrid Composites. Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2022. 11(2): P. 439-448.
14. 14. Imrek, H. And S. Demet, Experimental İnvestigation Of Wear Behaviors Of Bronze And Carbon-Reinforced Polytetrafluoroethylene Alloy Pivot Pin Bearings. Proceedings Of The Institution Of Mechanical Engineers, Part J: Journal Of Engineering Tribology, 2014. 228(10): P. 1187-1194.
15. 15. Maslavi, A., Ü. Hüseyin, And S.H. Yetgin, Karbon Fiber Takviyeli Grafit Ve Ptfe Katkılı Poli-Eter-Eter-Keton (Peek) Polimer Kompozitin Tribolojik Performanslarına Kayma Hızının Etkisinin Belirlenmesi. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2022. 10(2): P. 457-467.
16. 16. Yetgin, S. And M. Çolak, Grafit Katkılı Polipropilen Kompozitlerin Mekanik Ve Tribolojik Özelliklerinin İncelenmesi. El-Cezeri Journal Of Science And Engineering, 2020. 7(2): P. 649-658.
17. 17. Yenigün, B. And E. Kılıçkap, KETP Kompozitlerin Delinmesinde Delme Parametrelerinin Çekme Kuvvetine Etkisinin Varyans Analizi İle İncelenmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 2020. 11(1): P. 215-223.
18. 18. Şimşek, İ., D. Şimşek, And D. Özyürek, Yarı Katı Kalıplama Yöntemi İle Üretilen Farklı Miktarlarda Sic Takviyeli A356 Matrisli Kompozit Malzemelerin Aşınma Performansının İncelenmesi. Politeknik Dergisi, 2020.
19. 19. Karakurt, N.F. And A. Sağbaş, Tepki Yüzeyi Tasarımı Ve Yapay Sinir Ağları Yaklaşımı Uygulanarak Epoksi Matrisli Kompozit Malzemenin Aşınma Dayanımının Tahmini Ve Modellenmesi. Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 2020. 25(3): P. 1325-1344.
20. 20. Vahdettin, K. And M. Demirel, Epoksi Reçine-Mgo Polimer Matrisli Kompozit Malzemelerin Üretilmesi Ve Pin On Disk Abrasiv Aşınma Özelliklerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2019. 31(1): P. 1-10.
21. 21. Gökçe, N., E. Şevki, And S. Subaşı, Hibrit Polimer Matrisli Ve Cam Lifi Takviyeli Polimer Kompozitlerin Çekme Özelliklerinin İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım Ve Teknoloji, 2020. 8(4): P. 872-883.
22. 22. Chen, C., Et Al., Effect Of Basalt Fiber On The Thermal Conductivity And Wear Resistance Of Sintered WC-Based Diamond Composites. International Journal Of Refractory Metals And Hard Materials, 2022. 105: P. 105829.
23. 23. Balaji, K., Et Al., Surface Treatment Of Basalt Fiber For Use İn Automotive Composites. Materials Today Chemistry, 2020. 17: P. 100334.
24. 24. Arslan, G., S. Fidan, And T. Sinmazcelik, Solid Particle Erosion Behavior Of Carbon Fiber-Metal Wire Hybrid Reinforced Polymer Composites. Journal Of Science And Engineering, 2018. 5(1): P. 182-190.
25. 25. Maity, P. And B. Sarkar, An Exploratory Analysis For Erosion Wear Behavior Of Filler Materials Of Hybrid Composites: A De Novo Approach. Measurement, 2020. 166: P. 108232.
26. 26. Yadav, R., Et Al., Effect Of Alumina Particulate And E-Glass Fiber Reinforced Epoxy Composite On Erosion Wear Behavior Using Taguchi Orthogonal Array. Tribology International, 2022: P. 107860.
27. 27. Bagci, M., Determination Of Solid Particle Erosion With Taguchi Optimization Approach Of Hybrid Composite Systems. Tribology International, 2016. 94: P. 336-345.
28. 28. Cai, F., Et Al., Improved Adhesion And Erosion Wear Performance Of Crsin/Cr Multi-Layer Coatings On Ti Alloy By İnserting Ductile Cr Layers. Tribology International, 2021. 153: P. 106657.
29. 29. Wang, Y.-F. And Z.-G. Yang, Finite Element Model Of Erosive Wear On Ductile And Brittle Materials. Wear, 2008. 265(5-6): P. 871-878.
30. 30. Desale, G.R., B.K. Gandhi, And S. Jain, Effect Of Erodent Properties On Erosion Wear Of Ductile Type Materials. Wear, 2006. 261(7-8): P. 914-921.
31. 31. Jena, H., A.K. Pradhan, And M.K. Pandit, Study Of Solid Particle Erosion Wear Behavior Of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composite With Cenosphere Filler. Advances İn Polymer Technology, 2018. 37(3): P. 761-769.
32. 32. Harsha, A. And A.A. Thakre, Investigation On Solid Particle Erosion Behaviour Of Polyetherimide And İts Composites. Wear, 2007. 262(7-8): P. 807-818.
33. 33. Patnaik, A., Et Al., Tribo-Performance Of Polyester Hybrid Composites: Damage Assessment And Parameter Optimization Using Taguchi Design. Materials & Design, 2009. 30(1): P. 57-67.
34. 34. Arjula, S. And A. Harsha, Study Of Erosion Efficiency Of Polymers And Polymer Composites. Polymer Testing, 2006. 25(2): P. 188-196.