< Terug naar vorige pagina

Project

Oppervlakte- en onderhuidse beschadiging van koolstofvezel versterkte composieten in heen- en weergaande glijcontacten

Koolstofvezel versterkte epoxy composieten zijn opgebouwd uit twee componenten: een matrix en een versterking. In deze thesis ligt de focus op unidirectionele koolstofvezel als versterking en epoxy, een thermohardend polymeer, als matrix. Deze composieten worden gewoonlijk niet toegepast voor tribologische doeleinden (wrijving, slijtage), hoewel zij inherent een groot potentieel bevatten. De aard van de slijtage van de koolstofvezel composieten is heel belangrijk, maar ook het onthechten aan de grenslaag tussen koolstofvezel en epoxy. Composiet fabrikanten richten zich vooral op het verbeteren van mechanische eigenschappen, zoals breuktaaiheid, hardheid en treksterkte, maar hebben weinig interesse voor het verbeteren van tribologische eigenschappen. Bij het aanwenden van dergelijke composieten in reële tribologische toepassingen in lucht met verschillende relatieve vochtigheid of ondergedompeld in water, moet men rekening houden met hun faalproces. De degradatie van dergelijke materialen in heen- en weergaande contacten is nog steeds niet bekend en in de open literatuur ontbreekt een uitgebreide studie van het tribologische gedrag van dergelijke composieten. Verwacht wordt dat de composieten verschillend reageren op verandering van tegenlichaam, glijfrequentie, omgeving (medium, relatieve vochtigheid) en glijrichting waardoor hun degradatiegedrag gecompliceerd zal zijn.
Dit werk beoogt het bestuderen van het tribologisch gedrag van koolstofvezel versterkte epoxy composieten in glijcontacten in verschillende omgevingen met als doel het begrijpen van de degradatie van die materialen aan hun oppervlak en onderhuids. Hierbij is gestreefd naar het verwerven van een diepgaand inzicht van het onthechten aan de grenslaag tussen koolstofvezel en epoxy matrix.
In een eerste stap wordt een stressmodel ontwikkeld dat een eerste theoretische benadering toestaat van het materiaalgedrag onder een combinatie van compressieve en afschuifkrachten. Daarnaast wordt een warmtemodel ontwikkeld om de temperatuurstijging te analyseren dat resulteert door het variëren van ofwel de glijfrequentie of het afkoelen van het systeem door onderdompeling in water. Daarna worden experimentele heen- en weergaande glijtesten uitgevoerd om de invloed te verklaren van het tegenlichaam, de schuifrichting, het onderdompelen in water, en de relatieve vochtigheid op de materiaaldegradatie. De verworven theoretische en experimentele kennis wordt gebruikt om het faalmechanisme van koolstofvezel versterkte epoxy composieten in glijcontacten te verklaren.
Aldus werd voor het eerst koolstofvezel versterkte epoxy mechanisch en thermisch gemodelleerd onder heen- en weergaande glijden. Er wordt aangetoond dat het modelleren een krachtig instrument is om in tribologische systemen de spanningsopbouw en warmte in het contactgebied in kaart te brengen. Bovendien werd het onderhuids gedrag van dat type composietmateriaal voor het eerst onderzocht aan de hand van dwarsdoorsneden van de slijtagesporen aangemaakt door gefocusseerde ionenbundel techniek waaruit duidelijk blijkt dat het onthechten onder heen- en weergaande glijden plaatsvindt aan het vezel/matrix grensvlak.

Datum:6 jun 2011 →  2 apr 2019
Trefwoorden:Tribology, Composite, Debonding, Friction, Wear
Disciplines:Tribologie, Polymeercomposieten, Oppervlakte engineering, Oppervlakten, interfaces, 2D-materialen
Project type:PhD project