การศึกษาสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตเสริมใยแก้วที่อุณหภูมิสูง: โครงสร้างการวางเส้นใยมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญความแข็งแรงของการบีบอัดลดลง 80% ที่ 100 ° C

พื้นหลังการศึกษาและโปรโตคอลการทดสอบ

การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน Fire and Materials มุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตเสริมใยแก้วเสริมแรง (GFRP) ในสูญญากาศในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงโดยมุ่งเน้นที่ผลกระทบของโครงสร้างปูเส้นใย (สถาปัตยกรรมไฟเบอร์) ทีมวิจัยได้เตรียมแผ่นลามิเนตสำหรับการจัดเรียงเส้นใยสามแบบ: ทิศทางเดียว (UD), สองทิศทาง 0 ° / 90 ° Orthogonal Layer (BD) และ± 45 ° Beyond Axis Angle Layer (OA) และดําเนินการทดสอบแรงดึงและแรงอัดที่จุดอุณหภูมิหลายจุดสูงสุด 300 ° C ภายใต้สภาวะคงที่. ผลการทดสอบยังได้รับการวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลจากแผ่นลามิเนตแบบหลายแกน (MA) ก่อนหน้านี้

ข้อมูลสำคัญ: คุณสมบัติเด่นของเมทริกซ์มีความไวต่ออุณหภูมิมากกว่า

การศึกษายืนยันว่าคุณสมบัติเชิงกลของ GFRP นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญซึ่งคุณสมบัติเด่นของเมทริกซ์ได้รับผลกระทบมากขึ้น ที่ 100 องศาเซลเซียสความแข็งแรงของการบีบอัดลดลงอย่างมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงกระจกลดลงประมาณ 80% โดยเฉพาะอย่างยิ่งการจัดรูปแบบทางเดียว ในทางตรงกันข้าม ความต้านทานแรงดึงและโมดูลัสแรงดึงและการบีบอัดที่นําโดยเส้นใยลดลงน้อยกว่า ด้วยการจัดโครงสร้างทางเดียวประมาณ 10%, 20% และ 10% ตามลําดับ สำหรับโครงสร้างเส้นใยแบบหลายแกนพฤติกรรมของมันอยู่ระหว่างการวางแนวทแยงมุมแบบทิศทางเดียวและแบบสองทิศทางซึ่งเน้นถึงผลกระทบของโครงสร้างเส้นใยต่อสมรรถนะที่มีอุณหภูมิสูง

การศึกษายังประเมินความสามารถในการจำลองผลการทดลองโดยแบบจำลองเชิงประจักษ์ที่นำเสนอในวรรณคดีและแบบจำลองการวิเคราะห์ปรากฏการณ์วิทยาโดยมีความเหมาะสมโดยรวม ในที่สุดข้อมูลการทดลองถูกเปรียบเทียบกับปัจจัยการแปลงอุณหภูมิที่มุ่งเน้นการออกแบบที่เสนอโดย CEN / TS 19101: 2022 และผลปรากฏว่าปัจจัยนี้ยังคงให้ส่วนลดประสิทธิภาพที่เหมาะสมเมื่อคะแนนปริมาตรเส้นใยในทิศทางของการโหลดต่ำถึง 20%

ความสำคัญของสารเสริมพอลิเมอร์และอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้าง

แม้ว่าการศึกษาจะไม่เกี่ยวข้องกับสูตรเสริมพอลิเมอร์โดยตรง แต่กฎของการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วของคุณสมบัติที่โดดเด่นของเมทริกซ์ที่เปิดเผยใกล้กับการเปลี่ยนแปลงกระจกมีค่าอ้างอิงโดยตรงสำหรับการออกแบบความทนทานต่อสภาพอากาศของวัสดุคอมโพสิตและวัสดุพอลิเมอร์สำหรับการก่อสร้างและปรับปรุงบ้าน GFRP ในโครงสร้างอาคารแผงผนังภายนอกโปรไฟล์หน้าต่างและประตูและฉากอื่น ๆ สามารถทนต่อความผันผวนของอุณหภูมิได้เป็นเวลานาน คุณสมบัติการบีบอัดที่ลดลงอย่างมากจำเป็นต้องคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิการเปลี่ยนความร้อนของเรซินเมทริกซ์และช่วงอุณหภูมิการใช้งาน

จากมุมมองของการปรับเปลี่ยนวัสดุการยกระดับความต้านทานความร้อนและความมั่นคงในระยะยาวของเรซินเมทริกซ์มักต้องใช้สารต้านอนุมูลอิสระและสารกันโคลงแสงและวิธีการอื่น ๆ เพื่อชะลอการเกิดริ้วรอยของออกซิเจนความร้อนและรังสีอัลตราไวโอเลตซึ่งเชื่อมโยงกับกลยุทธ์การรักษาเสถียรภาพของสภาพอากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุก่อสร้างเช่นโปรไฟล์พีวีซี สำหรับระบบเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วของเมทริกซ์เรซินระบบการบ่มและประสิทธิภาพของอินเทอร์เฟซร่วมกันกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักที่อุณหภูมิสูง และในสภาพแวดล้อมที่สัมผัสกลางแจ้งการจับคู่ที่เหมาะสมของโคลลงแสงและสารต้านอนุมูลอิสระสามารถช่วยรักษาคุณสมบัติของเมทริกซ์ชะลอความเปราะและการสูญเสียความแข็งแรงที่เกิดจากริ้วรอย กระบวนการฉีดสูญญากาศที่ใช้ในการวิจัยยังเตือนว่าผลกระทบของกระบวนการแปรรูปต่อการแทรกซึมของเส้นใยและความพรุนจะสะท้อนให้เห็นทางอ้อมในประสิทธิภาพทางกลที่มีอุณหภูมิสูง

นอกจากนี้ CEN / TS 19101: 2022 ปัจจัยการแปลงอุณหภูมิยังคงทำงานได้อย่างเหมาะสมที่เศษส่วนปริมาณเส้นใยที่ต่ำกว่าซึ่งให้การอ้างอิงมาตรฐานสำหรับการลดคุณสมบัติของวัสดุตามอุณหภูมิในการออกแบบทางวิศวกรรม สำหรับส่วนประกอบวัสดุคอมโพสิตในการก่อสร้างและปรับปรุงบ้านฟิลด์รวมกับระบบเสริมความเสถียรของสภาพอากาศและวิธีการลดอุณหภูมิที่ได้มาตรฐานคาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุในขณะที่รับประกันค่าเผื่อความปลอดภัย ควรสังเกตว่าการศึกษานี้เป็นการทดสอบสภาวะคงที่ในห้องปฏิบัติการและประสิทธิภาพในระยะยาวของส่วนประกอบอาคารที่เกิดขึ้นจริงยังได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆเช่นการไหลเวียนของความร้อนชื้นระยะเวลาการโหลดและการฉายรังสีอัลตราไวโอเลต การผลักดันข้อสรุปที่เกี่ยวข้องต้องใช้ความระมัดระวัง

แหล่งข้อมูล: Mechanical Behaviour of Vacuum‐Infused GFRP Composites at Elevated Temperatures—Influence of Fibre Architecture， เสร็จสิ้นโดย Herun เคมี