يود المؤلفون أن يشكروا المنح المقدمة من البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (رقم 2022YFB3706503) وبرنامج خطة الدعم المستقرة لصندوق شنتشن للعلوم الطبيعية (رقم 20220815133826001).

1. إعداد المواد
<ol><li>قطع ثماني قطع من نسيج الألياف الزجاجية المنسوجة 300 مم × 300 مم بالمقص. قم بلصق القطع أولا لمنع خيوط الألياف من السقوط. ملاحظة: ارتد قناعا وقفازات لمنع وخز الإصبع واستنشاق الخيوط عند قص القماش. ليس فقط نسيج الألياف الزجاجية المنسوجة ، ولكن النسيج أحادي الاتجاه وأنواع أخرى من الألياف ، مثل ألياف الكربون وألياف الأراميد ، متوفرة أيضا.</li>
	<li>تزن 260 جم من راتنجات الايبوكسي و 78 جم من المقسى وفقا لنسبة الكتلة 10: 3. ملاحظة: يوصى بأن تكون نسبة نسيج الألياف ونظام الراتنج 360 جم من نظام راتنجات الايبوكسي لكل متر مربع من نسيج الألياف أحادي الطبقة.</li>
</ol>2. عملية التصنيع
ملاحظة: يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لتصنيع الصفائح المركبة لعملية وضع اليد ، والذي يظهر في القسم 2.
<ol><li>ولف ب<ol>
<li>ضعي القماش في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.</li>
		<li>الصق فيلم العزل على لوح الأكريليك لمنع الراتنج من الترابط.</li>
		<li>ضع القالب على منطقة التمديد.</li>
		<li>امزج الراتنج والمصلب ببطء لمدة 5 دقائق ، ثم ضعه في غرفة مفرغة لسحب فقاعات الهواء بالداخل.</li>
		<li>ضع فيلم الإطلاق غير المسامي على القالب وقم بإصلاحه بشريط لاصق حوله.</li>
		<li>ضع طبقة واحدة من التقشير على فيلم الإطلاق غير المسامي.</li>
		<li>صب راتنجات الايبوكسي واستخدم مكشطة لتوزيع الراتنج بالتساوي في جميع أنحاء الفيلم.</li>
		<li>قم بتقطيع أول نسيج من الألياف ، ثم لفها بأسطوانة عارية للتأكد من أن الراتنج يتسلل بالكامل إلى القماش وأن الفقاعات مقذوفة ، ثم صب الراتنج ، باستخدام مكشطة لكشط الراتنج بالتساوي.</li>
		<li>كرر الخطوتين 2.1.7 و 2.1.8 حتى يتم استخدام القماش بالكامل.</li>
		<li>ضع طبقة واحدة من التقشير على القماش واضغط على فقاعات الهواء يدويا.</li>
		<li>ضع فيلما واحدا مثقوبا ونسيج استراحة واحد على التوالي.</li>
		<li>ضع قناة الشفط ووسادة التهوية على جانب واحد.</li>
		<li>قم بلصق دائرة من الشريط المقاوم للحرارة بورقة أكريليك خارج القالب وقم بتوصيل كيس التفريغ بالشريط لتشكيل مساحة مغلقة.</li>
		<li>قم بتشغيل مضخة التفريغ للضغط على 1 بار من الضغط لمدة 10 ساعات في درجة حرارة الغرفة. ثم أغلق مضخة التفريغ وحافظ على الهدوء لمدة 14 ساعة.</li>
		<li>ضعي الشرائح في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 16 ساعة حتى تشفى تماما.</li>
		<li>قم بقياس كسر حجم الألياف باستخدام المعادلات (1-3) 38,39. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq03.jpg" style="margin: auto;">(3) n هو عدد طبقات الصفائح ، ρ الألياف هي الكثافة المساحية لنسيج الألياف من الشركة المصنعة ، الألياف هي مساحة الصفائح ، الألياف m هي كتلة نسيج الألياف ، m الإجمالي هو كتلة الصفائح ، ρ الايبوكسي هو كثافة الايبوكسي ، v الايبوكسي و v الإجمالي هي أحجام الايبوكسي والصفائح ، على التوالي ، وهي جزء حجم الألياف.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ذ.م.ل<ol>
<li>ضعي القماش في فرن على حرارة 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.</li>
		<li>امزج الراتنج والمصلب ببطء لمدة 5 دقائق ثم ضعه في غرفة مفرغة لسحب فقاعات الهواء بالداخل.</li>
		<li>ضع فيلم الإطلاق غير المسامي على القالب وقم بإصلاحه بشريط لاصق حوله.</li>
		<li>ضع طبقة واحدة من التقشير على فيلم الإطلاق غير المسامي.</li>
		<li>صب راتنجات الايبوكسي واستخدم مكشطة لتوزيع الراتنج بالتساوي في جميع أنحاء الفيلم.</li>
		<li>قم بتقطيع أول نسيج من الألياف ، ثم لفها بأسطوانة عارية للتأكد من أن الراتنج يتسلل بالكامل إلى القماش وأن الفقاعات مقذوفة ، ثم صب الراتنج ، باستخدام مكشطة لكشط الراتنج بالتساوي.</li>
		<li>كرر الخطوتين 2.2.5 و 2.2.6 حتى يتم استخدام القماش بالكامل.</li>
		<li>ضع طبقة واحدة من التقشير على القماش واضغط على فقاعات الهواء يدويا.</li>
		<li>ضع فيلم تحرير مثقوب ، ونسيج استراحة واحد ، وفيلم تحرير واحد غير مسامي على التوالي.</li>
		<li>ضع صفيحة ألمنيوم واحدة بنفس حجم نسيج الألياف في الأعلى.</li>
		<li>حافظ على الهدوء في درجة حرارة الغرفة لمدة 14 ساعة.</li>
		<li>ضعي الشرائح في الفرن على حرارة 80 درجة مئوية لمدة 16 ساعة حتى تشفى تماما.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. توصيف خصائص التأثير
ملاحظة: هناك العديد من الطرق لاختبار تأثير الشرائح المركبة. في ظل ظروف الارتطام منخفضة السرعة ، فإن الطريقة الشائعة الاستخدام هي اختبار تأثير انخفاض الوزن ، بينما في ظل ظروف الارتطام عالية السرعة أو السرعة العالية جدا ، فإن الطريقة المستخدمة بشكل متكرر هي طريقة تأثير الرصاصة. في هذه الدراسة ، تم تطبيق اختبار تأثير انخفاض الوزن. الجهاز موضح في الشكل 2.
<ol><li>قم بقص مجموعة من عينات 150 مم × 100 مم من GFRP لاختبار التأثير ، وفقا ل ASTM D7136 ، باستخدام آلة قطع عالية الدقة.</li>
	<li>قياس وزن وحجم كل عينة.</li>
	<li>ثبت مواضع العينات باستخدام مسامير تحديد المواقع في مراكز العينات التي يمكن للمصادم الاتصال بها في كل اختبار.</li>
	<li>ثبت العينة على تركيبات دعم الصدمات بأربعة أطراف مطاطية.</li>
	<li>قم بإجراء اختبار التأثير باستخدام برج تأثير منخفض الوزن عند مستوى طاقة 10 J. قم بتشغيل آلة اختبار المطرقة المتساقطة وانقر فوق اتصال لتوصيل وحدة التحكم بالقائمة المنسدلة ، ثم انقر فوق الصفحة الرئيسية | قبل الاختبار. اضبط طاقة التأثير على 10 J والكتلة الإضافية على 2 كجم. أدخل سمك القياس، 2.1 مم لعينات WLVB و2.5 مم لعينات WL، لتحديد ارتفاع المؤثر، وانقر فوق ابدأ لبدء التجربة.</li>
	<li>سجل بيانات الاستجابة للتأثير ، بما في ذلك القوة والانحراف وتاريخ الطاقة.</li>
	<li>أخرج العينة. سجل مورفولوجيا العينة بعد الاصطدام.</li>
	<li>كرر اختبار التأثير خمس مرات لضمان تكرار النتائج.</li>
	<li>حساب ومقارنة بيانات العينات.</li>
</ol>4. توصيف خصائص الشد
<ol><li>قم بقص مجموعة من عينات 250 مم × 25 مم من الشرائح لاختبار الشد ، وفقا ل ASTM D3039 ، باستخدام آلة قطع عالية الدقة مع قاطع ماسي.</li>
	<li>قم بقياس حجم كل عينة باستخدام الفرجار الورني.</li>
	<li>استخدم لاصق الايبوكسي لربط أربعة ألسنة ألومنيوم مقاس 50 مم × 25 مم × 2 مم على طرفي العينة لتجنب تركيز الإجهاد.</li>
	<li>رش طبقة رقيقة من الطلاء الأبيض على مقدمة العينة ، ثم رش بقع سوداء.</li>
	<li>ضع العينة في وسط مشابك آلة اختبار الشد وقم بإعداد نظام الحصول على الصور ، كما هو موضح في الشكل 3.</li>
	<li>لضمان دقة بيانات الإجهاد ، قم بتغيير موضع العينة بحيث تكون في منتصف منطقة تصوير الكاميرا وفي وضع رأسي. بالإضافة إلى ذلك ، اضبط البعد البؤري للكاميرا ومعدل التعرض لضمان تسجيل البقع الموجودة على العينة بوضوح.</li>
	<li>إجراء اختبار الشد. انقر فوق تكوين الاختبار. اضبط سرعة الاختبار على 0.5 مم / دقيقة. انقر على بيانات العينة. أدخل عرض القياس وسمك العينات. انقر على ابدأ، ثم انقر على قبول الموضع الحالي. تسجيل بيانات وقت التحميل.</li>
	<li>أخرج العينة. سجل مورفولوجيا العينة بعد اختبار الشد.</li>
	<li>كرر اختبار الشد خمس مرات لضمان تكرار النتائج.</li>
	<li>استخدم برنامج ارتباط الصورة الرقمية (DIC) لقياس الإجهاد الاسمي للعينة أثناء اختبار الشد.</li>
	<li>انقر فوق مقياس طول الصورة لمعايرة طول البيكسلات، وانقر صورة مرجعية، واختر الصورة الأولى كصورة مرجعية. انقر فوق صورة مشوهة واختر الصور المتبقية كصور مشوهة. انقر فوق أدوات الرسم | حدد مستطيلا لتحديد منطقة القياس. انقر فوق مقياس التمدد واضبط طول مقياس التمدد على 100 مم ، ثم انقر فوق المعالجة | ابدأ الارتباط.</li>
	<li>اقسم الحمل على مساحة المقطع العرضي للحصول على الضغط الاسمي.</li>
	<li>اجمع بين الإجهاد الاسمي من قياس DIC والضغط الاسمي من آلة اختبار الشد.</li>
	<li>اختر ميل القطعة الخطية لمنحنى الإجهاد والإجهاد كمعامل مرن. اختر قيمة الذروة لمنحنى قوة الشد والوقت كقوة.</li>
	<li>قارن بين معامل المرونة وقوة العينات.</li>
</ol>

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

تركز هذه الورقة على عمليتي تصنيع مختلفتين لطريقة وضع اليد بتكلفة منخفضة. لذلك تم اختيار عمليتي تصنيع ليتم وصفهما بعناية في هذه الورقة ، وهما أبسط وأسهل في الإتقان وأقل في تكلفة الاستثمار ومناسبة للإنتاج مع تعديل المواد في المختبرات والمصانع الصغيرة. أثناء علاج الشرائح ، يلعب ضغط التوحيد ?...

مركب البوليمر المقوى بالألياف (FRP) هو نوع من المواد عالية القوة يتم تصنيعها عن طريق خلط تقوية الألياف ومصفوفات البوليمر1،2،3. يستخدم على نطاق واسع في صناعات الطيران4،5،6 ، والبناء7،8 ، والسيارات9 ، والبحرية10،11 نظرا لكثافته المنخفضة ، وصلابته وقوته العالية ، وخصائص التعب ، ومقاومة التآكل الممتازة. تشمل الألياف الاصطناعية الشائعة ألياف الكربون والألياف الزجاجية وألياف الأراميد12. تم اختيار الألياف الزجاجية للتحقيق في هذه الورقة. بالمقارنة مع الفولاذ التقليدي ، فإن شرائح تقوية الألياف الزجاجية المركبة (GFRPs) أخف وزنا ، مع أقل من ثلث الكثافة ، ولكن يمكن أن تحقق قوة محددة أعلى من الفولاذ.
تتضمن عملية تحضير FRP قولبة نقل الراتنج بمساعدة الفراغ (VARTM) 13 ، ولف الفتيل (FW) 14 ، والقولبة المسبقة ، بالإضافة إلى العديد من عمليات التصنيع المتقدمة الأخرى15،16،17،18. بالمقارنة مع عمليات التحضير الأخرى ، فإن عملية وضع اليد المبللة / كيس الفراغ (WLVB) لها العديد من المزايا ، بما في ذلك متطلبات المعدات البسيطة وتكنولوجيا المعالجة غير المعقدة ، ولا تقتصر المنتجات على الحجم والشكل. تتمتع هذه العملية بدرجة عالية من الحرية ويمكن دمجها مع المعدن أو الخشب أو البلاستيك أو الرغوة.
مبدأ عملية WLVB هو تطبيق ضغط تشكيل أكبر من خلال أكياس مفرغة لتعزيز الخواص الميكانيكية للشرائح المعدة ؛ من السهل إتقان تكنولوجيا الإنتاج لهذه العملية ، مما يجعلها عملية تحضير مواد مركبة اقتصادية وبسيطة. هذه العملية يدوية تماما ، وتتأثر بشكل كبير بمهارات موظفي الإعداد. لذلك ، فإن المنتجات عرضة للعيوب مثل الفراغات والسماكة غير المتساوية ، مما يؤدي إلى صفات غير مستقرة وخواص ميكانيكية للصفح. وبالتالي ، من الضروري وصف عملية WLVB بالتفصيل ، والتحكم بدقة في الخطوات ، وتحديد نسبة المواد ، من أجل الحصول على ثبات عال للخصائص الميكانيكية للشرائح.
درس معظم الباحثين شبه ثابت 19،20،21،22،23 والسلوك الديناميكي 24،25،26،27،28 ، وكذلك تعديل الخاصية 29،30 للمواد المركبة. تلعب نسبة الكسر الحجمي للألياف إلى المصفوفة دورا مهما في الخواص الميكانيكية لصفح FRP. في النطاق المناسب ، يمكن لجزء أكبر من الألياف تحسين قوة وصلابة صفائح FRP. قام Andrew et al.31 بالتحقيق في تأثير جزء حجم الألياف على الخواص الميكانيكية للعينات التي أعدتها عملية تصنيع المواد المضافة لنمذجة الترسيب المنصهر (FDM). أظهرت النتائج أنه عندما كان جزء حجم الألياف 22.5٪ ، وصلت كفاءة مقاومة الشد إلى الحد الأقصى ، ولوحظ تحسن طفيف في القوة حيث وصل جزء حجم الألياف إلى 33٪. درس خالد وآخرون 32 الخواص الميكانيكية للمركبات المطبوعة ثلاثية الأبعاد المقواة بألياف الكربون المستمرة (CF) مع كسور حجم الألياف المتنوعة ، وأظهرت النتائج أن كل من قوة الشد والصلابة قد تحسنت مع ارتفاع محتوى الألياف. قام Uzay et al.33 بالتحقيق في تأثيرات ثلاث طرق تصنيع - وضع اليد ، والقولبة بالضغط ، والتعبئة الفراغية - على الخواص الميكانيكية للبوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP). تم قياس جزء حجم الألياف وفراغ الشرائح ، وتم إجراء اختبارات الشد والانحناء. أظهرت التجارب أنه كلما زاد جزء حجم الألياف ، كانت الخواص الميكانيكية أفضل.
الفراغات هي واحدة من أكثر العيوب شيوعا في صفح FRP. تقلل الفراغات من الخواص الميكانيكية للمواد المركبة ، مثل القوة والصلابة ومقاومة التعب34. يعزز تركيز الإجهاد المتولد حول الفراغات انتشار الشقوق الدقيقة ويقلل من قوة الواجهة بين التعزيز والمصفوفة. تعمل الفراغات الداخلية أيضا على تسريع امتصاص الرطوبة لصفح FRP ، مما يؤدي إلى فك ارتباط الواجهة وتدهور الأداء. لذلك ، يؤثر وجود فراغات داخلية على موثوقية المركب ويقيد تطبيقها على نطاق واسع. قام Zhu et al.35 بالتحقيق في تأثير محتوى الفراغ على خصائص مقاومة القص بين الصفيحات الثابتة لشرائح CFRP المركبة ، ووجدوا أن زيادة بنسبة 1٪ في محتوى الفراغ تتراوح من 0.4٪ إلى 4.6٪ أدت إلى تدهور بنسبة 2.4٪ في مقاومة القص بين الصفيحات. قدم Scott et al.36 تأثير الفراغات على آلية الضرر في شرائح CFRP المركبة تحت التحميل الهيدروستاتيكي باستخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) ، ووجد أن عدد الفراغات هو 2.6-5 أضعاف عدد الشقوق الموزعة عشوائيا.
يمكن تصنيع شرائح FRP عالية الجودة والموثوقة باستخدام الأوتوكلاف. قام Abraham et al.37 بتصنيع شرائح منخفضة المسامية وعالية الألياف عن طريق وضع مجموعة WLVB في الأوتوكلاف بضغط 1.2 ميجا باسكال للمعالجة. ومع ذلك ، فإن الأوتوكلاف هو قطعة كبيرة ومكلفة من المعدات ، مما يؤدي إلى تكاليف تصنيع كبيرة. على الرغم من أن عملية نقل الراتنج بمساعدة الفراغ (VARTM) كانت قيد الاستخدام لفترة طويلة ، إلا أن لها حدا من حيث تكلفة الوقت ، وعملية تحضير أكثر تعقيدا ، والمزيد من المواد الاستهلاكية التي يمكن التخلص منها مثل أنابيب التحويل ووسائط التحويل. بالمقارنة مع عملية WL ، تعوض عملية WLVB عن ضغط التشكيل غير الكافي من خلال كيس مفرغ منخفض التكلفة ، وتمتص الراتنج الزائد من النظام لزيادة جزء حجم الألياف وتقليل محتوى المسام الداخلي ، وبالتالي تحسين الخواص الميكانيكية للصفائح بشكل كبير.
تستكشف هذه الدراسة الاختلافات بين عملية WL وعملية WLVB ، وتفصل العملية الدقيقة لعملية WLVB. تم حساب محتوى حجم الألياف للشرائح بطريقة الصيغة ، وأظهرت النتائج أن محتوى حجم الألياف لشرائح WL كان 42.04٪ ، بينما كان محتوى شرائح WLVB 57.82٪ ، بزيادة قدرها 15.78٪. تميزت الخواص الميكانيكية للشرائح باختبارات الشد والتأثير. كشفت النتائج التجريبية أنه مع عملية WLVB ، تم تعزيز قوة ومعامل الشرائح بنسبة 17.4٪ و 16.35٪ على التوالي ، وزادت الطاقة الممتصة المحددة بنسبة 19.48٪.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>breather fabric</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>BR180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drop-weight impact testing machine</td>
			<td>Instron</td>
			<td>9340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy matrix</td>
			<td>Axson Technologies</td>
			<td>5015/5015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glass fiber</td>
			<td>Weihai Guangwei Composites</td>
			<td>W-9311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>non-porous release film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>R240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peel ply&#160;</td>
			<td>Sino Composite</td>
			<td>CVP200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>perforated released film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>R120-P3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>test machine</td>
			<td>ZwickRoell</td>
			<td>250kN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>GVB200</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the mechanical properties of glass fiber reinforcement polymer composite laminates obtained by different fabrication processes

تم تطبيق عملية وضع اليد الرطبة التقليدية (WL) على نطاق واسع في تصنيع شرائح الألياف المركبة. ومع ذلك ، بسبب عدم كفاية ضغط التشكيل ، يتم تقليل جزء الكتلة من الألياف ويتم احتجاز الكثير من فقاعات الهواء في الداخل ، مما يؤدي إلى شرائح منخفضة الجودة (صلابة وقوة منخفضة). تعتمد عملية وضع اليد الرطبة / كيس الفراغ (WLVB) لتصنيع الشرائح المركبة على عملية وضع اليد المبللة التقليدية ، باستخدام كيس مفرغ لإزالة فقاعات الهواء وتوفير الضغط ، ثم تنفيذ عملية التسخين والمعالجة. 
بالمقارنة مع عملية وضع اليد التقليدية ، تظهر الشرائح المصنعة بواسطة عملية WLVB خصائص ميكانيكية فائقة ، بما في ذلك قوة وصلابة أفضل ، وجزء حجم ألياف أعلى ، وجزء حجم فراغ أقل ، وكلها فوائد للشرائح المركبة. هذه العملية يدوية تماما ، وتتأثر بشكل كبير بمهارات موظفي الإعداد. لذلك ، فإن المنتجات عرضة للعيوب مثل الفراغات والسماكة غير المتساوية ، مما يؤدي إلى صفات غير مستقرة وخواص ميكانيكية للصفح. وبالتالي ، من الضروري وصف عملية WLVB بدقة ، والتحكم بدقة في الخطوات ، وتحديد نسب المواد ، من أجل ضمان الخواص الميكانيكية للشرائح. 
تصف هذه الورقة العملية الدقيقة لعملية WLVB لإعداد شرائح مركبة من الألياف الزجاجية المنسوجة ذات النمط العادي (GFRPs). تم حساب محتوى حجم الألياف للشرائح باستخدام طريقة الصيغة ، وأظهرت النتائج المحسوبة أن محتوى حجم الألياف لشرائح WL كان 42.04٪ ، بينما كان محتوى شرائح WLVB 57.82٪ ، بزيادة قدرها 15.78٪. تم تمييز الخواص الميكانيكية للشرائح باستخدام اختبارات الشد والتأثير. كشفت النتائج التجريبية أنه مع عملية WLVB ، تم تعزيز قوة ومعامل الشرائح بنسبة 17.4٪ و 16.35٪ على التوالي ، وزادت الطاقة الممتصة المحددة بنسبة 19.48٪.

Fiber reinforced polymer composite (FRP) is a type of high-strength material manufactured by mixing fiber reinforcement and polymer matrixes1,2,3. It is widely used in the aerospace4,5,6, construction7,8, automotive9, and marine10,11 industries due to its low density, high specific stiffness and strength, fatigue properties, and excellent corrosion resistance. Common synthetic fibers include carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers12. Glass fiber was chosen for investigation in this paper. Compared to traditional steel, glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs) are lighter, with less than one-third of the density, but can achieve a higher specific strength than steel.
The preparation process of FRP includes vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM)13, filament winding (FW)14, and prepreg molding, in addition to many other advanced fabrication processes15,16,17,18. Compared to other preparation processes, the wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process has several advantages, including simple equipment requirements and uncomplicated process technology, and the products are not limited by size and shape. This process has a high degree of freedom and can be integrated with metal, wood, plastic, or foam.
The principle of the WLVB process is to apply greater forming pressure through vacuum bags to enhance the mechanical properties of the prepared laminates; the production technology of this process is easy to master, making it an economical and simple composite material preparation process. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to describe the WLVB process in detail, finely control steps, and quantify material proportion, in order to obtain a high stability of mechanical properties of laminates.
Most researchers have studied the quasi-static19,20,21,22,23 and dynamic behavior24,25,26,27,28, as well as the property modification29,30 of composite materials. The volume fraction ratio of fiber to matrix plays a crucial role in mechanical properties of FRP laminate. In an appropriate range, a higher volume fraction of fiber can improve the strength and stiffness of FRP laminate. Andrew et al.31 investigated the effect of fiber volume fraction on the mechanical properties of specimens prepared by the fused deposition modeling (FDM) additive manufacturing process. The results showed that when the fiber volume fraction was 22.5%, the tensile strength efficiency reached its maximum, and a slight improvement in strength was observed as the fiber volume fraction reached 33%. Khalid et al.32 studied the mechanical properties of continuous carbon fiber (CF)-reinforced 3D-printed composites with diverse fiber volume fractions, and the results showed that both tensile strength and stiffness were improved with the rise in fiber content. Uzay et al.33 investigated the effects of three fabrication methods-hand lay-up, compression molding, and vacuum bagging-on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP). The fiber volume fraction and void of the laminates were measured, tensile and bending tests were conducted. The experiments showed that the higher the fiber volume fraction, the better the mechanical properties.
Voids are one of the most common defects in FRP laminate. Voids reduce the mechanical properties of composite materials, such as strength, stiffness, and fatigue resistance34. The stress concentration generated around the voids promotes the propagation of micro-cracks and reduces the interface strength between reinforcement and matrix. Internal voids also accelerate the moisture absorption of FRP laminate, resulting in interface debonding and performance degradation. Therefore, the existence of internal voids affects the reliability of composite and restricts their wide application. Zhu et al.35 investigated the influence of void content on the static interlaminar shear strength properties of CFRP composite laminates, and found that a 1% increase in void content ranging from 0.4% to 4.6% led to a 2.4% deterioration in interlaminar shear strength. Scott et al.36 presented the effect of voids on damage mechanism in CFRP composite laminates under hydrostatic loading using computed tomography (CT), and found that the number of voids is 2.6-5 times the number of randomly distributed cracks.
High-quality and reliable FRP laminates can be manufactured by using an autoclave. Abraham et al.37 manufactured low-porosity, high-fiber content laminates by placing a WLVB assembly in an autoclave with a pressure of 1.2 MPa for curing. Nevertheless, the autoclave is a large and expensive piece of equipment, resulting in considerable manufacturing costs. Although the vacuum-assisted resin transfer process (VARTM) has been in use for a long time, it has a limit in terms of the time cost, a more complicated preparation process, and more disposable consumables such as diversion tubes and diversion media. Compared with the WL process, the WLVB process compensates for insufficient molding pressure through a low-cost vacuum bag, absorbing excess resin from the system to increase the fiber volume fraction and reduce the internal pore content, thereby greatly improving the mechanical properties of the laminate.
This study explores the differences between the WL process and the WLVB process, and details the meticulous process of the WLVB process. The fiber volume content of laminates was calculated by the formula method, and the results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of laminates were characterized by tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

Author Spotlight: Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process 

قياس الخواص الميكانيكية لشرائح البوليمر المركبة من الألياف الزجاجية التي تم الحصول عليها من خلال عمليات التصنيع المختلفة

يوضح الجدول 1 جزء حجم الألياف ومتوسط السماكة وعملية تصنيع العينات. يمثل G8-WLVB و G8-WL الشرائح التي تتكون من نسيج زجاجي مكون من 8 طبقات يتم تصنيعه عن طريق وضع اليد المبللة مع وبدون عملية كيس التفريغ ، على التوالي. من الواضح ، بمساعدة كيس التفريغ ، أن الشرائح لديها زيادة بنسبة 15.78٪ في جزء ?...

Watch this Scientific Journal Video about Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process at JoVE.com

يصف هذا البحث عملية تصنيع لشرائح مصفوفة البوليمر المركبة المقواة بالألياف التي تم الحصول عليها باستخدام طريقة وضع اليد الرطبة / كيس التفريغ.

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

يركز بحثنا على تعزيز صلابة الواجهة وضعف مقاومة مركبات الألياف. نحن نحاول تحسين المقاومة الضعيفة لمركبات الألياف من خلال دمج الجسيمات النانوية. أحد التحديات الأكثر شيوعا في تصنيع الألياف المركبة هو عدم قابلية التكرار.من خلال التحكم الدقيق في عمق التصنيع والقياس الكمي لنسب المواد ، يمكننا الحصول على شرائح ذات خصائص ميكانيكية مستقرة للغاية. يضمن هذا النهج نتيجة اختبار قابلة للتكرار بشكل كبير عبر دفعات مختلفة. تستخدم عملية eWLB لتصنيع الشرائح المركبة كيسا مفرغا لإزالة فقاعات الهواء.بالمقارنة مع العمليات الأخرى ، فإن هذه العملية لها الكثير من المزايا. يتطلب معدات بسيطة ، ويتضمن تقنيات عملية غير معقدة ، كما أن المنتجات لا تقتصر على الحجم أو الشكل.

measuring-mechanical-properties-glass-fiber-reinforcement-polymer

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

Strength of Concrete

SCIENTISTS IN ACTION

1.1K Views.  Southern University of Science and Technology. يركز بحثنا على تعزيز صلابة الواجهة وضعف مقاومة مركبات الألياف. نحن نحاول تحسين المقاومة الضعيفة لمركبات الألياف من خلال دمج الجسيمات النانوية. أحد التحديات الأكثر شيوعا في تصنيع الألياف المركبة هو عدم قابلية التكرار.من خلال التحكم الدقيق في عمق التصنيع والقياس الكمي ?...

Video: Author Spotlight: Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process 

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the forming pressure, the mass fraction of fiber is reduced and lots of air bubbles are trapped inside, resulting in low-quality laminates (low stiffness and strength). The wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process for the fabrication of composite laminates is based on the traditional wet hand lay-up process, using a vacuum bag to remove air bubbles and provide pressure, and then carrying out the heating and curing process. 
Compared with the traditional hand lay-up process, laminates manufactured by the WLVB process show superior mechanical properties, including better strength and stiffness, higher fiber volume fraction, and lower void volume fraction, which are all benefits for composite laminates. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of the preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to finely describe the WLVB process, finely control steps, and quantify material ratios, in order to ensure the mechanical properties of laminates. 
This paper describes the meticulous process of the WLVB process for preparing woven plain patterned glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs). The fiber volume content of laminates was calculated using the formula method, and the calculated results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of the laminates were characterized using tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

This paper describes a fabrication process for fiber-reinforced polymer matrix composite laminates obtained using the wet hand lay-up/vacuum bag method.

﻿Fabrication of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates by Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag (WLVB) Method

Fabrication of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates by Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag (WLVB) Method  

Begin by heating the glass fiber fabric at 60 degrees Celsius for eight hours. Then, paste an isolation film on the acrylic sheet to prevent the resin from bonding. Position the mold in the laying area.Gently mix the resin and hardener for five minutes before placing it in a vacuum chamber to remove air bubbles. Place a non-porous release film on the mold and secure it with tape. Then, lay one Peel Ply on the non-porous release film.Pour epoxy resin on the film and evenly distribute it throughout using a scraper. Next, ply the first fiber fabric on the resin. Roll the fabric with a naked roller to ensure bubble removal and complete resin infiltration into the fabric.Again, pour and evenly spread the resin on the fabric using a scraper and continue till all the fabric has been used. Place a Peel Ply on the fabric and manually remove air bubbles by scraping in one direction. Lay a perforated release film followed by a breather fabric.Position the suction channel and breathable pad to one side. Secure a circular heat-resistant tape with an acrylic sheet outside the mold and attach the vacuum bag at the top of the device to create a closed space. Apply vacuum for 10 hours at room temperature, then switch off the vacuum pump and maintain quiescence for 14 hours.Cure the laminates completely at 80 degrees Celsius for 16 hours before measuring the fiber volume fraction. Comparison of laminates fabricated by the wet hand layup method with and without the vacuum bag process revealed that the vacuum bag assistance, the fiber volume fraction of the laminates increased by 15.78%and their average thickness reduced to 2.11 millimeters.

تصنيع شرائح البوليمر المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) بطريقة وضع اليد الرطبة / كيس الفراغ (WLVB)

Impact Property Characterization of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates

To begin the impact test of glass fiber reinforced polymer or GFRP composite laminates. Cut a set of 150 millimeter by 100 millimeter GFRP samples using a high precision cutting machine. Record the weight and size of each sample.Then mark the positions of the samples using positioning nails in their centers that the impactor can contact for every test. Fix the sample onto the impact support fixture using four rubber tips. Power on the drop hammer testing machine to conduct the impact test using a drop weight impact tower.After connecting it to the controller click home to do the beam reset and then click before test. Input the measurement thickness as 2.1 or 2.5 millimeters for WLVB or WL samples respectively. Set the additional mass to two kilograms and the impact energy to 10 joules.Click start to initiate the experiment. Record the impact response data such as force, deflection, and energy history. Remove the sample and document its morphology after the impact.Finally, calculate and compare the data of each sample. Great repeatability of the impact test was evident from the obtained force and absorbed energy curves of samples fabricated by WLVB and WL methods. The force time curve represented a typical non-piercing curve having a sine wave-like shape.The absorbed energy value increased first with the laminate absorbing and converting the impactor's kinetic energy into its internal energy. And then the value decreased over time as the laminate released elastic energy to rebound the impactor. The specific absorbed energy of the WLVB sample was larger than that of the WL sample.The WLVB laminates absorbed 19.48%more specific energy compared to the WL ones. Further, the higher impact energy absorption capacity of WLVB samples was confirmed by their relatively smaller damaged area.