Mechanische Eigenschaften von Glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen bei hohen Temperaturen: Der Einfluss der Faserbeschichtungsstruktur ist signifikant, die Druckfestigkeit sinkt um 80% bei 100 ° C

Forschungshintergrund und Testprogramm

Eine in der Fachzeitschrift “Fire and Materials” veröffentlichte Studie konzentrierte sich auf die mechanischen Eigenschaften von vakuumpfüllten Glasfaserverstärkten Polymeren (GFRP) unter hohen Temperaturen und konzentrierte sich auf die Auswirkungen der Faserarchitektur. Das Team stellte Laminate in drei Faserkonfigurationen vor: unidirektional (UD), bidirektional 0°/90° orthogonal (BD) und ±45° bias axial angle (OA) und führte Dehn- und Kompressionstests bei mehreren Temperaturpunkten bis zu 300°C unter stationären Bedingungen durch. Die Testergebnisse wurden auch gemeinsam mit Daten aus früheren Multiaxialen (MA) Faserbelag-Laminaten analysiert.

Schlüsseldaten: Die matrisdominierte Leistung ist temperaturempfindlicher

Studien bestätigen, dass die mechanischen Eigenschaften von GFRP eine signifikante Temperaturabhängigkeit haben, wobei die matrisdominierte Leistung stärker beeinflusst wird. Bei 100 ° C ist die Kompressionstärke aufgrund der Verglasung stark zurückgegangen, etwa 80%, besonders die einseitige Konfiguration. Im Gegensatz dazu ist die faserdominante Zugfestigkeit und der Rückgang des Dehn- und Kompressionsmoduls geringer, mit einer unidirektionalen Konfiguration von etwa 10%, 20% und 10%. Bei multiaxialen Faserstrukturen wird ihr Verhalten zwischen einer und einer bidirektionalen orthogonalen Beschichtung unterstreicht, was den Einfluss der Faserstruktur auf die hohe Temperaturleistung unterstreicht. Die Studie bewertete auch die Simulationsfähigkeit der empirischen Modelle, die in der Literatur vorgeschlagen wurden, und die Fähigkeit des Phänomenologischen Analysemodells, die experimentelle Ergebnisse zu simulieren, insgesamt gut zu passen. Schließlich wurden die experimentellen Daten mit dem in CEN/TS 19101:2022 vorgeschlagenen, konstruktionsorientierten Temperaturumwandlungsfaktor verglichen, der einen vernünftigen Leistungsabzug bei einem Volumenanteil der Lastrichtungsfaser von bis zu 20% liefert.

Die Bedeutung für die Polymerhilfsmittel- und Baumaterialienindustrie

Obwohl die Studie sich nicht direkt mit der Polymerhilfsmittelformel befasst, enthüllt sie jedoch die Regeln der starken Verschlechterung der dominierenden Eigenschaften des Substrats in der Nähe der Verglasungstransformation und hat einen direkten Bezugswert auf das wetterbeständige Design von Verbundstoffen und Polymermaterialien für Gebäude und Zuhause. GFRP kann langfristige Temperaturschwankungen in Gebäudekonstruktionen, Fassadenplatten, Türfensterprofile und anderen Szenarien widerstehen, und eine erhebliche Abbrechung der Kompressionsleistung deutet darauf hin, dass bei der Konstruktion die thermische Transformationstemperatur des Matrixharzes und die Beziehung zwischen dem Temperaturbereich der Verwendung vollständig berücksichtigt werden müssen. Aus der Sicht der Materialmodifizierung, die Verbesserung der Wärmebeständigkeit und der langfristigen Stabilität des Matrixharzes, oft mit Hilfe von Antioxidantien und Lichtstabilisatoren und anderen Mitteln zur Verzögerung der thermischen Sauerstoffalterung und der UV-Alterung, was mit der weit verbreiteten Strategie der Wetterbeständigkeit in Baumaterialien wie PVC-Profilen verbunden ist. Für Glasfaserverstärkungssysteme bestimmen die Glasverwandlungstemperatur, das Härtesystem und die Schnittstellenleistung des Matrixharzes gemeinsam die Tragfähigkeit bei hohen Temperaturen; In einer Umgebung, die im Freien ausgesetzt ist, hilft die angemessene Kombination von Lichtstabilisatoren und Antioxidantien, die Substrateigenschaften aufrechtzuerhalten und die durch das Altern verursachte Zerbrechlichkeit und den Festigkeitsverlust zu verlangsamen. Der Vakuum-Infusionsprozess, der in der Forschung verwendet wurde, deutet auch darauf hin, dass sich die Auswirkungen des Bearbeitungsprozesses auf die Faserindring und die Porosität indirekt auf die mechanische Leistung bei hohen Temperaturen widerspiegeln. Darüber hinaus wirken die CEN/TS 19101:2022-Temperaturumwandlungsfaktoren bei niedrigeren Faservelumenfraktionen noch vernünftig und stellen einen standardisierten Bezugspunkt für die Eigenschaften von Materialien, die in technischen Konstruktionen durch Temperaturabzüge reduziert werden. Für Komponenten aus Verbundwerkstoffen im Gebäude- und Wohnbereich wird die Kombination von Stabilisierungshilfesystemen mit standardisierten Methoden zur Temperaturabnahme erwartet, um die Materialauswahl zu optimieren und gleichzeitig den Sicherheitsgrund zu gewährleisten. Es ist wichtig zu beachten, dass die Studie für den Test von stationären Laborbedingungen dient, und die langfristige Leistung der tatsächlichen Gebäudekomponenten auch von Faktoren wie dem feuchten Wärmezyklus, der Lastdauer und der UV-Strahlung beeinflusst wird.

Quelle der Informationen: Mechanical Behaviour of Vacuum‐Infused GFRP Composites at Elevated Temperatures—Influence of Fibre Architecture， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.