Investigation of Impact Resistence of Carbon Basalt Fiber Hybrid Composites

Öz

This study comprehensively investigated the mechanical behavior and impact resistance of carbon and basalt fiber-reinforced hybrid composite materials produced via the vacuum infusion method under low-velocity impact. The increasing demand for lightweight and high-strength materials in advanced engineering applications highlights the growing interest in hybrid composites. In this context, the synergistic effect resulting from the combination of different fiber types can significantly improve material performance. Within the scope of this study, drop-weight impact tests were conducted at four different impact energy levels: 25 J, 50 J, 75 J, and 100 J. The experiments analyzed various aspects, including the time-dependent variations of contact forces, energy absorption, deformation patterns on the material surface, and post-impact damage mechanisms. The findings provide crucial insights into the impact energy absorption capacity and damage resistance of hybrid composites produced using the vacuum infusion technique. This research aims to contribute to material science and the optimization of composite manufacturing techniques by revealing the potential of carbon and basalt fiber hybrid composites in future structural applications.

Anahtar Kelimeler

• Fiber Hybrid Composites
• Carbon Fiber
• Basalt Fiber
• Low Velocity Impact

Karbon-Bazalt Hibrit Kompozitlerin Düşük Hızlı Darbe Dayanımının İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, vakum infüzyon yöntemiyle üretilen karbon ve bazalt fiber takviyeli hibrit kompozit malzemelerin düşük hızlı darbe etkisi altındaki mekanik davranışları ve darbe dayanımları detaylı olarak incelenmiştir. Gelişen mühendislik uygulamalarında hafiflik ve yüksek mukavemet talepleri, hibrit kompozitlere olan ilgiyi artırmaktadır. Bu bağlamda, farklı fiber türlerinin birleşiminin sunduğu sinerjik etki, malzemenin performansını önemli ölçüde iyileştirebilmektedir. Çalışma kapsamında, 25 J, 50 J, 75 J ve 100 J olmak üzere dört farklı darbe enerjisi seviyesinde düşen ağırlık darbe deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonucunda, temas kuvvetlerinin zamanla değişimi, enerji absorpsiyonu, malzeme yüzeyindeki deformasyon oluşumları ve darbe sonrası meydana gelen hasar mekanizmaları kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Elde edilen bulgular, vakum infüzyon tekniğiyle üretilen hibrit kompozitlerin darbe enerjisi absorpsiyon kapasitesi ve hasara karşı direnci hakkında önemli bilgiler sunmaktadır. Bu araştırmanın amacı karbon ve bazalt fiber hibrit kompozitlerin gelecekteki yapısal uygulamalardaki potansiyelini ortaya koyarak malzeme bilimine ve kompozit üretim tekniklerinin optimizasyonuna katkıda bulunmayı hedeflemektedir.

Anahtar Kelimeler

• Fiber Hibrit Kompozitler
• Karbon Fiber
• Bazalt Fiber
• Düşük Hız Darbe Deneyi

Kaynakça

1. [1] Dorigato, A. ve A Pegoratti, A., 2014, Flexural and impact behaviour of carbon /bazalt fibers hybrit laminates”, Journal of Compozite Material, Vol. 48(9) P: 1121-1130
2. [2] Özsoy, M.İ., 2022 “Investigation of mechanical properties of carbon and basalt fiber laminated hybrit epoxy composites”, Pamukkale Üni. Muh.Bilim Derg., Vol. 28(4), P: 499-505
3. [3] D. Plappert, D., Ganzenmueller, G., May, M., Beisel S., 2020, Mechanical Properties of a Unidirectional Basalt-Fiber/Epoxy Composite, Journal of Composites Sciences 4(3)
4. [4] Karataş, M.A., 2022, Evaluation of the effect of machining parameters on delamination damage in drilling of carbon fiber reinforced polymer composite with different drill bits, Dicle University Journal of Engineering, Vol.13:1 P: 19-25
5. [5] Sun, Z., Geng, D., Zheng, W., Liu, Y., Liu, L., Ying, E., Jiang, X., Zhang, D., 2023, An innovative study on high-performance milling of carbon fiber reinforced plastic by combining ultrasonic vibration assistance and optimized tool structures, Vol. 22 , P: 2131-2146
6. [6] Dhand, V., Mittal, G., Rhee, K.Y., Park, S., Hui, D., 2015, A short review on basalt fiber reinforced polymer composites, Science Direct Composites: Part B, Vol.73 P:166-180
7. [7] Scalici, T., Pitarresi, G., Badagliacco, D., Fiore, V., Valenza, A., 2016, Mechanical properties of basalt fiber reinforced composites manufactured with different vacuum assisted impregnation techniques, Science Direct Composites: Part B, Vol. 104, P: 35-43
8. [8] Matykiewicz, D., Barczewski, M., Knapski, D., Skórczewska, K., 2017, Hybrid effects of basalt fibers and basalt powder on thermomechanical properties of epoxy composites, Science Direct Composites: Part B, Vol. 125, P:157-169

9. [9] Şahin, Y., Şahin, F., Yalçınkaya, Y., 2020, Bazalt Takviyeli epoksi kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi, İstanbul: Güven Plus Grup A.Ş. Yayınları: 45
10. [10] Rahmani, H., Neceti, S.H.M., Ashori, A., 2014, Mechanical Properties of Carbon Fiber/Epoxy Composites: Effects of Number of Plies, Fiber Contents, and Angle-Ply Layers”, ResearchGate,Polymer and Engineering Science 54(11)
11. [11] Kösedağ, E., Ekici, R. 2021. Impact Behavior of Aramid Reinforced Polymer Matrix Composites Produced By Hot Press-Prepreg Method. European Journal of Science and Technology, 28(2021). 84-90.
12. [12] Özsoy, M.İ., 2022. Investigation of mechanical properties of carbon and basalt fiber laminated hybrit epoxy composites. Pamukkale Üni. Müh. Bilim Derg., Vol. 28(4), P: 499-505.
13. [13] Erkek, B., Kösedağ, E., Adin, H. 2024. Hybridization effect on energy absorption capacity of composite crash boxes. Polimer Composites, Vol:45(13), P: 12349-12361.