Исследование механических свойств однонаправленных базальтополимеров изготовленных методом намотки для автомобильной промышленности и баллонов под давлением

Investigation of Mechanical Properties of Filament Wound Unidirectional Basalt Fiber Reinforced Polymers for Automotive and Pressure Vessel Application

Автомобилестроители стараются снизить потребление автомобилями топлива и выполнить новые сложные экологические нормы. Среди наиболее перспективных рассматриваемых вариантов — автомобили, работающие на природном газе и топливных элементах.

В связи с этим сжатый природный газ (СПГ) и водород помещают в баллоны высокого давления, изготовленные методом намотки. Снижение затрат является одной из главных движущих сил для проведения современных исследований по разработке баллонов высокого давления.

Наиболее дорогим материалом при изготовлении таких баллонов является волокно, что вызвано использованием качественного карбона и толстых стенок баллонов, из-за высокого давления необходимого для хранения большого количества СПГ или водорода.

Поэтому многие исследователи сосредоточили свою работу на новых материалах для изготовления баллонов под высоким давлением методом намотки, стараясь снизить производственные затраты. В последние годы базальтовое волокно стало предметом внимания исследователей и производителей композитов как экономически выгодный армирующий материал.

Следуя этим двум тенденциям, были проведены исследования механических свойств базальтовых волокон и однонаправленных эпоксидных композитов, армированных базальтовым волокном, а также выполнено их сравнение с современными волоконными и полимерными композитами. В ходе исследования было проведено исследование предела прочности на растяжение пропитанных тестовых образцов ровинга, предела прочности на растяжение однонаправленных намотанных плоских образцов, тест на изгиб в 3 точках и испытание на сдвиг короткой балки.

Образцы однонаправленного волокнистого композита изготовили методом намотки нити на инструмент для намотки плоских образцов с эпоксидной матрицей. Результат продемонстрировал превосходные механические свойства базальтовых композитов по сравнению с образцами из E-стекловолокна с эпоксидной смолой. Параметры прочности на растяжение и жесткости находятся в пределах параметров E-стекловолокна и S-стекловолокна на эпоксидной матрице, но уступают углеродным HT-композитам. В настоящее время ведутся дальнейшие исследования усталостных свойств при растяжении, ударных свойств по Шарпи и прочности на растяжение по окружности методом разделенного диска для полимеров на основе базальтовых и гибридных волокон.

Целью является полная механическая характеризация базальтоволоконных композитов и полимерных композитов на основе базальтового волокна с целью создания конкурентоспособных по стоимости баллонов под давлением, изготовленных из базальтового волокна или гибридного базальтового / углеродного волокна.

Эдуард Кесслер, Райнер Гадоу, Патрик Вейханд,

NuCellSys GmbH, Кирххайм-унтер-Текк, Германия;
Институт технологий производства керамических компонентов и композитов (IMTCCC), университет Штутгарта, Германия.
20-я Международная конференция по композитным материалам

Копенгаген, 19-24 июля 2015 г.

Full text:

Investigation of Mechanical Properties of Filament Wound Unidirectional Basalt Fiber Reinforced Polymers for Automotive and Pressure Vessel Application

Использование

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*