Eigenschappen basalt composiet Dr.Ir. F.A.Veer TU Delft, 5 oktober 216 1
Inleiding Aan de hand van door fibercore verstrekte proefstukken zijn een aantal mechanische eigenschappen en een aantal samenstellings eigenschappen bepaald van basalt vezel composiet. Dit rapport vat de resultaten samen. Alle mechanische beproevingen zijn gedaan op een Zwick z1 op de faculteit 3ME. De DSC en vezel gehalte proeven zijn gedaan op de faculteit L&R. Trekproeven ⁰richting Alle trekproeven zijn gedaan met een verplaatsingsnelheid van 2 mm/minuut. Een proef is gedaan met een speciale extensometer om de E modulus te bepalen. De andere proeven zijn gedaan zonder extensometer. Figuur 1 geeft de kracht/vervorming weer van een proef met extensometer. Figuur 2 Geeft de kracht vervorming weer van een proef zonder extensometer met belasting tot breuk. Tabel 1 geeft de resultaten weer. 2
3 Specimen 3 25 2 15 1 5 5,1,2,3,4,5,6,7,8 Strain [%] Figuur 1: kracht vervormings diagram voor E modulus bepaling 8 Specimen 12 7 6 5 4 3 2 1 2 2 4 6 8 1 12 14 Strain [mm] Figuur 2: kracht verplaatsingdiagram bij trekproef tot breuk 3
Tabel 1: Resultaten in ⁰ richting plaat proefnummer E (GPa) Fmax (N) Smax (MPa) 1 9 66112 826 1 6516 813 11 5867 726 12 69171 865 3 13 64554 87 14 65265 816 15 653 813 E1 44.7 GPa Bezwijkgedrag ⁰ Bij ongeveer 9% van de treksterkte is het breken van vezels te horen. Er is geen vloeitraject. Als de treksterkte wordt overschreden explodeert het proefstuk door de vrijkomende elastische energie. Zie ook figuur 3. Figuur 3: ⁰ graden proefstuk na bezwijken. 4
9⁰ richting Alle trekproeven zijn gedaan met een verplaatsingsnelheid van 2 mm/minuut. Een proef is gedaan met een speciale extensometer om de E modulus te bepalen. De andere proeven zijn gedaan zonder extensometer. Figuur 4 geeft de kracht/vervorming weer van een proef met extensometer. Figuur 5 Geeft de kracht vervorming weer van een proef zonder extensometer met belasting tot breuk. Tabel 2 geeft de resultaten weer. 25 Specimen 1 2 15 1 5,2,4,6,8,1,12,14 Strain [%] Figuur 4: kracht vervormings diagram voor E modulus bepaling 9⁰ 5
6 Specimen 19 5 4 3 2 1 1 1 2 3 4 5 6 7 Strain [mm] Figuur 5: kracht verplaatsingdiagram bij trekproef tot breuk 9⁰ Tabel 2: Resultaten in 9⁰ richting plaat proefnummer E (GPa) Fmax (N) Smax (MPa) 2 16 475 59 17 5544 69 18 521 65 19 5576 7 2 5584 7 E2 2.4 Bezwijkgedrag 9⁰ Bezwijken is spontaan bijna zonder waarschuwing. Zie ook figuur 6. 6
Figuur 6: 9⁰ graden proefstuk na bezwijken. 7
45⁰ richting Alle trekproeven zijn gedaan met een verplaatsingsnelheid van 2 mm/minuut. Twee proeven zijn gedaan met een speciale extensometer om de E modulus te bepalen. De andere proeven zijn gedaan zonder extensometer. Figuur 7 geeft de kracht/vervorming weer van een proef met extensometer. Figuur 8 Geeft de kracht vervorming weer van een proef zonder extensometer met belasting tot breuk. Tabel 3 geeft de resultaten weer. 6 Specimen 7 5 4 3 2 1,1,2,3,4,5,6,7,8 Strain [%] Figuur 7: kracht vervormings diagram voor E modulus bepaling 45⁰ 8
Specimen 2 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 14 Strain [mm] Figuur 8: kracht verplaatsingdiagram bij trekproef tot breuk 45⁰ Tabel 3: Resultaten in 45⁰ richting plaat proefnummer E (GPa) Fmax (N) Smax (MPa) 1 6361 8 2 658 82 3 6137 77 4 6332 79 5 647 8 E3 8.5 Bezwijkgedrag 45⁰ Bezwijken is door afschuiving op de 45 graden richting. Er treedt een soort vloei op waarna het proefstuk langzaam bezwijkt. Zie ook figuur 9. 9
Figuur 9: 45⁰ graden proefstuk na bezwijken. 1
Drukproeven 9⁰ richting Alle drukproeven zijn gedaan met een verplaatsingsnelheid van 2 mm/minuut. De hulpstukken zijn speciaal gemaakt en e ris 15 mm ruimte tussen de bekkens zodra het proefstuk belast wordt. Alle proeven zijn gedaan zonder extensometer omdat dat bij deze opstelling onmogelijk was. Figuur 1 Geeft de kracht vervorming weer van een proef met belasting tot breuk. Tabel 4 geeft de resultaten weer. 6 Specimen 5 5 4 3 2 1,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Deformation [mm] Figuur 9: kracht verplaatsingsdiagram bij drukproef tot bezwijken 9⁰ Tabel 4: Resultaten in 9⁰ richting plaat proefnummer Fmax (N) Smax (MPa) 3 6423 8 4 6545 82 5 5673 71 6 6573 82 Bezwijkgedrag 9⁰ 11
De proefstukken bezwijken langzaam door afschuiving. Zie ook figuur 1. Figuur 1: 9⁰ graden proefstuk na bezwijken. 12
⁰ richting Alle drukproeven zijn gedaan met een verplaatsingssnelheid van 2 mm/minuut. De hulpstukken zijn speciaal gemaakt en er is 15 mm ruimte tussen de bekkens zodra het proefstuk belast wordt. Alle proeven zijn gedaan zonder extensometer omdat dat bij deze opstelling onmogelijk was. Figuur 11 Geeft de kracht vervorming weer van een proef met belasting tot breuk. Tabel 5 geeft de resultaten weer. 2 18 16 14 Specimen 1 12 1 8 6 4 2 2 1 2 3 4 5 Deformation [mm] Figuur 11: kracht verplaatsing diagram bij drukproef tot bezwijken ⁰ Tabel 5: Resultaten in ⁰ richting plaat proefnummer Fmax (N) Smax (MPa) 9 1884 236 1 17788 222 11 1884 235 Bezwijkgedrag ⁰ Bezwijk gedrag is door uitknikken vezels. Vaak is er ook vervorming in de bekken waardoor het proefstuk vast komt te zitten. 13
Zie ook figuur 12. Figuur 12: ⁰ graden drukproefstuk na bezwijken. 14
ILSS proeven 3P buig proeven zijn gedaan aan kleine proefstukken conform de ILSS norm. De resultaten voor 9⁰ zijn gegeven in tabel 6 en voor ⁰ in tabel 7. De kracht verplaatsing krommen zijn gegeven in figuren 13 en 14. Bezwijkvormen in figuren 15 en 16. Tabel 6: ILSS resultaten voor 9⁰ proefstukken Proefstuk nummer Fmax (N) sb (MPa) 17 427 165 18 423 16 19 42 16 2 411 165 21 453 17 Tabel 7: IlSS resultaten voor ⁰ proefstukken Proefstuk nummer Fmax (N) sb (MPa) 22 1986 74 23 1879 71 24 1781 665 25 1662 62 26 194 77 27 1818 7 15
5 Specimen 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 Deformation [mm] Figuur 13: ILSS kracht verplaatsingskromme voor 9⁰ proefstukken 2 Specimen 24 18 16 14 12 1 8 6 4 2 1 1 2 3 4 5 6 Deformation [mm] Figuur 14: ILSS kracht verplaatsingskromme voor ⁰ proefstukken 16
Figuur 15: Bezwijken 9⁰ ILSS proefstukken Figuur 16: bezwijken ⁰ ILSS proefstukken Figuur 17: bezweken ⁰ ILSS proefstukken, schade amper zichtbaar 17
DSC proeven DSC proeven zijn gedaan om het glas punt te bepalen. Deze zijn niet gelukt. Een voorbeeld is gegeven als figuur 17. De grafieken geven geen heldere omslag punten. De reden is niet te achterhalen. Mogelijk is de hars onvoldoende zuiver en heeft geen eenduidige Tg. Figuur 17: DSC curve 18
Vezelvolume fractie total weight before burning in gram weight after burning fibres in gram weight bio polyester in gram sample plaat 1 2,3519 1,81,559 plaat 2 2,5816 1,8387,7429 plaat 3 2,3198 1,7873,5325 plaat 4 3,4 2,3186,6854 plaat 5 2,3541 1,8384,5157 Conclusie De mechanische eigenschappen zijn voor composieten voldoende reproduceerbaar binnen een plaat en tussen platen. De eigenschappen kunnen dus met redelijke zekerheid geëxtrapoleerd worden naar constructie die op dezelfde manier gemaakt zijn. Kanttekeningen moeten geplaatst worden bij de DSC curves. Het materiaal vertoont geen duidelijke Tg. Verder wordt erop gewezen dat de treksterkte in de ⁰ richting weliswaar hoog is, maar dat er geen reststerkte is en geen waarschuwing voor bezwijken. Dit moet gecompenseerd worden door een voldoende grote materiaalfactor in de constructieve berekeningen. In de 9⁰ en 45⁰ richting is er geen duidelijk lineair elastisch regime. De E modulus is afhankelijk van de elastische vervorming. De gegeven zijn conservatief berekend. Er is ook geen rekening gehouden met tijdsafhankelijke vervormingseffecten waar niet op getest is. 19