Degradační chování vybraných plastů a kompozitů z hlediska lomové mechaniky

Abstract

V rámci předkládané práce byl hodnocen vliv enviromentálních podmínek na leteckou techniku působí v průběhu provozu celá řada negativních jevů, které svým synergickým účinkem ovlivňuji vlastnosti kompozitních součástí. Vlivem okolního prostředí a mechanického zatížení dochází u vláknových polymerních kompozitů k degradaci jejich vlastností. Kompozitním materiálům se tak snižuje jejich únosnost a životnost, což nepříznivě ovlivňuje provozuschopnost leteckých součástí. V rámci předkládané práce byl hodnocen vliv enviromentálních podmínek ve formě vlhkosti a nízkých teplot na degradaci vlastností u uhlíkem vyztuženého laminátu s epoxidovou matricí Hexcel Hex-Ply 8552. Hydrotermální účinek byl hodnocen v rámci dvou kompozitních skladeb s otvorem o rozdílném počtu vrstev a to na základě prostupu vlhkosti do materiálu, změn vlastnosti (drsnost, pevnost, tvrdost, deformace), lomového chování a procesů porušování. Kompozitní lamináty byly vystaveny působení relativní vlhkosti 85 % a teplotě 70 °C po dobu 33 800 hodin. Následně byl při -55 °C zkoumán účinek nízkých teplot na vlastnosti a lomové chování při kvazi cyklickém namáhání. Průběh pevnostních zkoušek byl monitorován metodou akustické emise a dopad degradace byl hodnocen na základě vybraných emisních parametrů a provedených fraktografických analýz. Hydrotermální účinek má významný dopad na snížení houževnatosti materiálu a v důsledku degradace matrice a oslabení mezifázového rozhraní dochází ke změnám v morfologických znacích a procesech porušování.

Many negative phenomena affect aircraft during their flight and their synergistic effect has impact on the properties of composite parts. The properties of fiber reinforced composites degrade due to the combination of environmental and mechanical stress. Thus, the load-bearing capacity and service life is decreasing which adversely affects the operability of aircraft components. In this work, the influence of environmental conditions on the properties degradation of carbon fiber reinforced polymer composite Hexcel HexPly 8552 was studied. Hydrothermal effect was analyzed on the two types of open-hole composite laminates with different number of plies. Evaluation was based on the moisture diffusion, changes of materials properties (surface roughness, strength, hardness, deformation), fracture behavior and damage processes. The composite laminates were conditioned in 85% humid air at 70 °C for 33 800 h and the effect of low temperatures on quasi-cyclic tension properties and fracture behavior was investigated. The impact of degradation was further analyzed with acoustic emission method with usage of selected parameters and performed fractographic analysis. The hydrothermal effect has a significant effect on reducing the materials toughness. Hygrothermal effect has significant impact on materials toughness reduction and the damage mechanisms and characteristic morphological features are changing due to the matrix degradation and weakened fiber/matrix interface.