Effect of Number of Surface Fiber Layers on Flexural Behavior in Three Dimensional Integrated Woven Spacer Reinforced Sandwich Composites

Öz

In this study, the effect of number of surface layers on the flexural behavior of carbon fiber surfaced 3D integrated woven spacer sandwich composite structures was investigated. The resin impregnated carbon fibers used as the bottom and top surface material were joined to the threedimensional intermediate fabric in 2, 3 and 4 layers using a vacuum infusion technique. Two different polymer materials, epoxy and polyester, were used as resin material. The composite sandwiches plates with different surface thicknesses and resin materials are cut into samples according to the standards. In order to test the flexural behavior, three point bending tests were performed at room temperature and the flexural force-displacement curves of the samples were established. The results showed that the sandwich composites increased their resistance to flexural with increasing number of surface layers. It has been found that epoxy matrix composites exhibit higher strength than polyesters and that the increase in strength due to layer thickness is greater.

Anahtar Kelimeler

• Composite sandwich,Carbon fiber,Layer,Flexural,Resin

ÜÇ BOYUTLU DOKUMA KUMAŞ TAKVİYELİ SANDVİÇ KOMPOZİTLERDE YÜZEYLERDEKİ ELYAF KATMAN SAYISININ EĞİLME DAVRANIŞINA ETKİSİ

Öz

Bu çalışmada karbon elyaf yüzeyli üç boyutlu dokuma sandviç kompozit yapıların farklı yüzey katman sayısının eğilme davranışına etkisi incelenmiştir. Alt ve üst yüzey malzemesi olarak kullanılan reçine emdirilmiş karbon elyaflar vakum infüzyon tekniği kullanılarak 2, 3 ve 4 katman halinde üç boyutlu ara kumaşa birleştirilmiştir. Reçine malzemesi olarak epoksi ve polyester olmak üzere iki farklı polimer malzeme kullanılmıştır. Farklı yüzey kalınlıklarına ve reçine malzemesine sahip sandviç kompozit plakalar standartlara uygun numuneler halinde kesilmiştir. Eğilme davranışını test etmek için oda sıcaklığında üç nokta eğilme deneyleri yapılmış ve numunelerin eğilme kuvveti-sehim eğrileri oluşturulmuştur. Sonuçlar, sandviç kompozitlerin yüzey malzemesi katman sayısı artışı ile birlikte eğilmeye karşı dirençlerinin arttığını göstermiştir. Epoksi matrisli kompozitlerin polyestere kıyasla daha yüksek dayanım sergiledikleri ve katman kalınlığına bağlı dayanımın artışının daha fazla olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Sandviç kompozit,karbon elyaf,katman,eğilme,reçine

Kaynakça

1. Bella, D., Borsellino, C. ve Calabrese, L. (2012) Effects of manufacturing procedure on unsymmetrical sandwich structures under static load conditions, Materials & Design, 35, 457-466. doi:10.1016/j.matdes.2011.09.037
2. Çavdar, K. ve Bingöl, M. (2016) Farklı Takviye Malzemelerinin Kompozit Malzeme Mekanik Özelliklerinin İyileştirilmesine Etkisi, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 21 (2), 123-132, http://dergipark.gov.tr/uumfd/issue/25597/270053
3. Daniel, I.M. (2008) The Influence of Core Properties on Failure of Composite Sandwich Beams. In: Proceedings of the 8th International Conference on Sandwich Structures (ICSS8), Porto, Portugal, 63-74, 6-8 May.
4. Daniel, I.M., Gdoutos, E.E. ve Rajapakse, Y.D.S. (2009) Major Accomplishments in Composite Materials and Sandwich Structures, Springer, Netherlands.
5. Doğru, M.H. (2017) Tsai-Wu Kriteri Kullanarak Kompozit Plakaların Optimizasyonu için Geliştirilen Algoritma, Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 32, 821-829. doi: 10.17341/gazimmfd.337630
6. Fan, H.L., Yang, W. ve Zhou, Q. (2011) Experimental research of compressive responses of multi-layered woven textile sandwich panels under quasi-static loading, Composites Part B, 42(5), 1151-1156. doi:10.1016/j.compositesb.2011.03.008
7. Gay, D. (2014) Composite Materials: Design and Applications, 3rd Edition, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton, USA.
8. Gibson, L.J. ve Ashby, M. F. (1999) Cellular Solids: Structure and Properties, Cambridge University Press, 2nd ed., Cambridge.

9. Gündoğan, S., Eren, R. Ve Karahan, M. (2009) Üç Boyutlu Dokuma Kumaş Takviyeli Kompozit Yapıların Çekme Mukavemetinin Analizi, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 14(2), 161-168. http://dergipark.gov.tr/uumfd/issue/21677/233309
10. Hosur, M.V., Abdullah, M. ve Jeelani, S. (2004) Manufacturing and low-velocity impact characterization of hollow integrated core sandwich composites with hybrid face sheets, Composite Structures, 65(1), 103-115. doi:10.1016/j.compstruct.2003.10.013
11. Karahan, M., Gül S.H., Karahan N. ve Ivens J. (2013) Static behavior of three-dimensional ıntegrated core sandwich composites subjected to three-point bending, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 32(9), 664-678. doi:10.1177/0731684412474857
12. Kumar, R. (2016) A Review on Epoxy and Polyester Based Polymer Concrete and Exploration of Polyfurfuryl Alcohol as Polymer Concrete, Journal of Polymers, 2016, 1-13. doi: 10.1155/2016/7249743
13. Mani, P., Gupta, A. K. ve Krishnamoorthy, S. (1987) Comparative study of epoxy and polyester resin-based polymer concretes, International Journal of Adhesion and Adhesives, 7(3), 157–163. doi: 10.1016/0143-7496(87)90071-6
14. Li, D., Zhao C., Jiang N. ve Jiang L. (2015) Fabrication, properties and failure of 3D integrated woven spacer composites with thickened face sheets, Materials Letters, 148, 103-105. doi:10.1016/j.matlet.2015.02.058
15. Li, D., Zhao, C., Jiang, L. ve Jiang, N. (2014) Experimental study on the bending properties and failure mechanism of 3D integrated woven spacer composites at room and cryogenic temperature, Composite Structures, 111, 56-65. doi:10.1016/j.compstruct.2013.12.026
16. Loos, M. (2015) Carbon Nanotube Reinforced Composites, Chapter 2 - Composites, CNR Polymer Science and Technology, Elsevier, Oxford, UK.
17. Mohamed, M., Anandan, S., Huo, Z., Birman, V., Volz, J. ve Chandrashekhara K. (2015) Manufacturing and characterization of polyurethane based sandwich composite structures, Composite Structures, 123, 169-179. doi:10.1016/j.compstruct.2014.12.042
18. Mountasir, A., Hoffmann, G., Cherif, Ch., Löser, M. ve Großmann, K. (2015) Competitive manufacturing of 3D thermoplastic composite panels based on multi-layered woven structures for lightweight engineering, Composite Structures, 133, 415-424. doi:10.1016/j.compstruct.2015.07.071
19. Wang, B., Wu L.Z., Jin X., Du S.Y., Sun Y.G. ve Ma L. (2010) Experimental investigation of 3D sandwich structure with core reinforced by composite columns, Materials & Design, 31(1), 158-165. doi:10.1016/j.matdes.2009.06.039
20. Wang, P., Lai, C., Wang, F., Jin, F. ve Fan, H. (2016) Fabrication and mechanical behaviors of cementitious composites reinforced by 3D woven lattice sandwich fabrics, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 85,130-137. doi:10.1016/j.compositesa.2016.03.017
21. Wu, Z., Xiao, J., Zengand, J. ve Liu, J. (2014) Compression performance of integrated 3D composite sandwich structures, Journal of Sandwich Structures & Materials, 16(1), 5–21. doi:10.1177/1099636213501927
22. Zhao, C., Li D., Ge T., Jiang L. ve Jiang N. (2014) Experimental study on the compression properties and failure mechanism of 3D integrated woven spacer composites, Materials & Design, 56, 50-59. doi:10.1016/j.matdes.2013.10.083
23. Zhao, L., Zheng Q., Fan H.L. ve Jin F.N. (2012) Hierarchical composite honeycombs, Materials & Design, 40, 124-129. doi:10.1016/j.matdes.2012.03.009