Experimental Investigation of Impact Performance in Polyamide and Carbon Fiber Reinforced Polyamide Composites Fabricated by Melt Joining Method

Öz

Abstract: Composite properties, due to their high strength and special solvable mechanical properties, are frequently used in various fields, especially in the automotive, aerospace, and defense industries. Additive manufacturing technology has become a preferred method for composite material production among other methods due to its shape flexibility, low production cost, and personalized production possibilities. Carbon fiber reinforced polyamide composite materials produced by additive manufacturing are classified as low-speed impact resistant. Low-speed impact tests were performed on flexible polyamide (PA) and 20% carbon fiber reinforced polyamide (CPA) composites. To reveal the characteristics of the impact performance, force collapse, force-time, absorbed energy-time, and velocity-time graphs were reduced under 20 J and 30 J impact energies. As a result of the study, it was observed that the impact resistance of CPA samples produced with 20% carbon fiber reinforcement was lower than that of PA samples. Puncture damage occurred in CPA samples at both 20 J and 30 J impact energies, while damage in the form of matrix crushing occurred in PA samples.

Anahtar Kelimeler

• Short carbon fiber 1
• Polyamide (PA) 2
• Composite 3
• Additive manufacturing 4
• Impact behavior 5.

Eriyik Biriktirme Yöntemi ile Üretilen Poliamid ve Karbon Fiber Takviyeli Poliamid Kompozitlerin Darbe Davranışlarının Deneysel Olarak İncelenmesi

Öz

Öz: Kompozit malzemeler, yüksek mukavemete sahip olması ve özelleştirilebilir mekanik özellikleri sayesinde özellikle otomotiv, havacılık ve savunma sanayi gibi farklı alanlarda sıklıkla kullanılmaktadır. Eklemeli imalat teknolojisinin kompozit malzeme üretiminde, şekilsel esneklik, düşük üretim maliyetleri ve kişiselleştirilmiş üretim olanakları bu yöntemi diğer yöntemler arasında tercih edilir bir yöntem haline getirmiştir. Bu çalışmada, eklemeli imalat yöntemi ile üretilen karbon fiber takviyeli poliamid kompozit malzemelerin, düşük hızlı darbe davranışları deneysel olarak incelenmiştir. Bu bağlamda poliamid (PA) ve %20 karbon fiber takviyeli poliamid (CPA) kompozitlerin düşük hızlı darbe testleri yapılmıştır. Yapılan deneylerde darbe davranışının özelliklerini ortaya koymak amacıyla 20 J ve 30 J darbe enerjileri altındaki kuvvet çökme eğrileri, kuvvet-zaman, absorbe edilen enerji-zaman ve hız-zaman grafikleri çizilmiştir. Yapılan çalışma sonucunda eklemeli imalat yöntemiyle üretilen %20 karbon eklenmesi ile üretilen CPA numunelerinin darbe dayanımlarının PA numunelerine göre daha düşük olduğu görülmüştür. Hem 20 J hem de 30 J darbe enerjilerinde CPA numunelerinde delinme hasarı oluşurken PA numunelerinde matris ezilmesi şeklinde bir hasar oluşmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Kısa karbon fiber 1
• Poliamid (PA) 2
• Kompozit 3
• Eklemeli İmalat 4
• Darbe davranışı 5.

Kaynakça

1. Adeniran O., Cong, W., Aremu, A., (2022). Material design factors in the additive manufacturing of Carbon Fiber Reinforced Plastic Composites: A state-of-the-art review , Advances in Industrial and Manufacturing Engineering ,5 , 100100.
2. Andrew, JJ., Uddin, MA., Kumar, S., Schiffer, A., (2024). Mechanical and piezoresistive performance of additively manufactured carbon fiber/PA12 hybrid honeycombs, Thin–Walled Structures, 201, 111950.
3. Başaran, Ö., 2024. Eriyik Biriktirme Yöntemi İle Üretilen Karbon Fiber Takviyeli PA Kompozitlerin Mekanik Davranışlarının İncelenmesi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 115s, Isparta.
4. Baskaran, M., Calle, A., Harismendy, I., García-Arrieta, S., Elizetxea, C., Aretxabaleta, L., Aurrekoetxea, J., (2024). Impact performance comparison of carbon fiber reinforced polyamide 6 and fast-curing epoxy composites manufactured by resin transfer molding, Polymer Composites, 5631-5639.
5. Charekhli-Inanllo, M., Mohammadimehr, M., (2023). The effect of various shape core materials by FDM on low velocity impact behavior of a sandwich composite plate , Engineering Structures, 294, 116721, 1-12.
6. Esendemir, Ü., & Başaran, Ö. (2023). Dairesel delikli kompozit plakaların düşük hızlı darbe davranışlarının deneysel olarak incelenmesi. Teknik Bilimler Dergisi, 13(2), 20-27.
7. Esendemir, Ü., Erbil, A. (2022). Kompozit plakaların darbe davranışını etkileyen faktörler üzerine bir çalışma, Soma Meslek Yüksekokulu Teknik Bilimler Dergisi, 33(1), 42-55.
8. Ferreira, LM., Aranda, MT., Munoz-Reja, M., Coelho, CACP., Tavara, L., (2023). Ageing effect on the low-velocity impact response of 3D printed continuous fibre reinforced composites, Composites Part B, 267. 111031.

9. Kazemianfar, B., Nami, MR., (2021). Influence of oblique low velocity impact on damage behavior of 2D and 3D woven composites: Experimental and numerical methods, Thin-Walled Structuresi 167, 1-17.
10. Kong, X., Sun, G., Luo, Q., Brykin, V., Qian; J., (2024). Experimental and theoretical studies on 3D printed short and continuous carbon fiber hybrid reinforced composites, Thin–Walled Structures, 205, 112406.
11. Mathivanan, N.R., Jerald, J. (2010). Experimantal investigation of woven E-glass composite laminates subjected to low-velocity impact at different energy levels. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 9(7): 643-652.
12. Niamul Islam, Md., Baxevanakis, KP., Silberschmidth, VV:, (2026). Quasi-static and low-velocity impact bending performance of additively manufactured polymer-matrix composites: Role of filament architecture, Composites:Part A, 202, 109446.
13. Rashid, AA., Ikram, H., Koç, M., Additive manufacturing and mechanical performance of carbon fiber reinforced Polyamide-6 composites, Materials Today: Proceedings 62, 6359–6363.
14. Wang, L., Sun, J., Ding, T., Liang, Y., Ho, J.C.M., Lai, M.H., (2022). Manufacture and behaviour of innovative 3D printed auxetic composite panels subjected to low-velocity impact load, Structures 38, 910–933.
15. Tur, E., Shokrani, A., (2025). Influence of fibre orientation on mechanical behaviour of Onyx-carbon fibre composites fabricated via additive manufacturing, Procedia CIRP, 134, 67-72.
16. Zhu, X., Liu,L., Shao, C., Zhou, J., Luo, G., Zhou, Z., Chen, W., (2026). Intra-filament voids in FDM 3D-printed continuous carbon fiber composites: microstructure, quasi-static/dynamic mechanical properties, and damage mechanisms, Composite Structures, 381, 120050, 1-15.