著者らは、中国国家重点研究開発プログラム(No.2022YFB3706503)および深セン自然科学基金の安定支援計画プログラム(No.20220815133826001)からの助成金に感謝します。

1. 材料の準備
<ol><li>300mm×300mmのガラス繊維織物を8枚はさみでカットします。繊維フィラメントが脱落しないように、最初にカットをテープで留めます。 注意: 生地を裁断するときは、指を刺したりフィラメントを吸い込んだりしないように、マスクと手袋を着用してください。ガラス繊維織物だけでなく、一方向織物や炭素繊維やアラミド繊維などの他の種類の繊維もご用意しています。</li>
	<li>260gのエポキシ樹脂と78gの硬化剤を10:3の質量比で秤量します。 注:繊維布と樹脂システムの比率は、単層繊維布の平方メートルあたり360gのエポキシ樹脂システムを推奨します。</li>
</ol>2. 製作プロセス
注:図1は、セクション2に示されているハンドレイアッププロセス用の複合積層板の製造の概略 図 を示しています。
<ol><li>WLVBの<ol>
<li>生地を60°Cのオーブンに8時間入れます。</li>
		<li>アクリル板に絶縁フィルムを貼り付けて、樹脂の接着を防ぎます。</li>
		<li>敷設エリアに型を置きます。</li>
		<li>樹脂と硬化剤を5分間ゆっくりと混ぜた後、真空チャンバーに入れて内部の気泡を引き出します。</li>
		<li>非多孔質の離型フィルムを型に敷き、周囲にテープで固定します。</li>
		<li>非多孔質剥離フィルムの上に1つのピールプライを置きます。</li>
		<li>エポキシ樹脂を流し込み、スクレーパーを使用してフィルム全体に樹脂を均等に分散させます。</li>
		<li>最初の繊維生地をプライし、裸ローラーで転がして樹脂が布地に完全に浸透し、気泡が押し出されていることを確認してから、スクレーパーを使用して樹脂を均等にこすり落とし、樹脂を注ぎます。</li>
		<li>すべてのファブリックが使用されるまで、手順 2.1.7 と 2.1.8 を繰り返します。</li>
		<li>生地の上にピールプライを1枚置き、手動で気泡を絞り出します。</li>
		<li>穴あきリリースフィルム1枚とブリーザー生地1枚を連続して敷きます。</li>
		<li>吸引チャネルと通気性パッドを片側に置きます。</li>
		<li>耐熱テープを円状にアクリル板で型外に貼り付け、テープでバキュームバッグを貼り付けて密閉空間を作ります。</li>
		<li>真空ポンプのスイッチを入れ、室温で1バールの圧力を10時間押します。その後、真空ポンプを閉じ、14時間静止状態を維持します。</li>
		<li>ラミネートを80°Cのオーブンに16時間入れて完全に硬化させます。</li>
		<li>式(1-3)38,39を使用して繊維体積分率を測定します。 <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は積層体の層数、ρ繊維はメーカーからの繊維布の面密度、A繊維は積層体の面積、m繊維は 繊維布の質量、m合計は積層体の質量、ρエポキシはエポキシの密度、vエポキシおよびv 合計 はエポキシと積層体の体積をそれぞれ、 は繊維の体積分率です。</li>
	</ol>
</li>
	<li>WLの<ol>
<li>生地を60°Cのオーブンに8時間入れます。</li>
		<li>樹脂と硬化剤を5分間ゆっくりと混ぜた後、真空チャンバーに入れて中の気泡を引き出します。</li>
		<li>非多孔質の離型フィルムを型に敷き、周囲にテープで固定します。</li>
		<li>非多孔質剥離フィルムの上に1つのピールプライを置きます。</li>
		<li>エポキシ樹脂を流し込み、スクレーパーを使用してフィルム全体に樹脂を均等に分散させます。</li>
		<li>最初の繊維生地をプライし、裸ローラーで転がして樹脂が布地に完全に浸透し、気泡が押し出されていることを確認してから、スクレーパーを使用して樹脂を均等にこすり落とし、樹脂を注ぎます。</li>
		<li>すべてのファブリックが使用されるまで、手順 2.2.5 と 2.2.6 を繰り返します。</li>
		<li>生地の上にピールプライを1枚置き、手動で気泡を絞り出します。</li>
		<li>穴あき剥離フィルム1枚、ブリーザー布1枚、非多孔質剥離フィルム1枚を連続して敷設します。</li>
		<li>繊維生地と同じサイズのアルミ板を1枚上に置きます。</li>
		<li>室温で14時間静止を維持します。</li>
		<li>ラミネートを80°Cのオーブンに16時間入れて完全に硬化させます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 衝撃特性の特性評価
注:複合積層板の衝撃試験には多くの方法があります。低速の衝撃条件下では、一般的に使用される方法は落錘衝撃試験であり、高速または超高速の衝撃条件下では、頻繁に使用される方法は弾丸衝撃法です。この研究では、落錘衝撃試験を適用しました。装置を 図2に示します。
<ol><li>高精度切断機を使用して、ASTM D7136に準拠した衝撃試験のためにGFRPから150 mm x 100 mmのサンプルセットを切断します。</li>
	<li>各サンプルの重量とサイズを測定します。</li>
	<li>インパクターがすべてのテストで接触できるサンプルの中心に位置決め釘を使用して、サンプルの位置を固定します。</li>
	<li>4つのゴムチップで衝撃支持治具にサンプルを固定します。</li>
	<li>落錘式衝撃塔を用いて、エネルギーレベル10Jの衝撃試験を実施します。ドロップハンマー試験機の電源を入れ、[ 接続 ]をクリックしてコントローラをドロップダウンに接続し、[ ホーム|テスト前。衝撃エネルギーを10Jに、追加質量を2kgに設定します。測定厚さ(WLVBサンプルの場合は2.1 mm、WLサンプルの場合は2.5 mm)を入力してインパクターの高さを決定し、[ 開始 ]をクリックして実験を開始します。</li>
	<li>力、たわみ、エネルギー履歴などの衝撃応答データを記録します。</li>
	<li>サンプルを取り出します。衝撃後のサンプルの形態を記録します。</li>
	<li>衝撃試験を5回繰り返して、結果の再現性を確認します。</li>
	<li>サンプルのデータを計算して比較します。</li>
</ol>4. 引張特性の評価
<ol><li>ASTM D3039に準拠した引張試験のために、ダイヤモンドカッターを備えた高精度切断機を使用して、ラミネートから250 mm x 25 mmのサンプルセットを切断します。</li>
	<li>ノギスで各サンプルのサイズを測定します。</li>
	<li>エポキシ接着剤を使用して、サンプルの両端に4つの50 mm x 25 mm x 2 mmのアルミニウムタブを接着し、応力集中を回避します。</li>
	<li>サンプルの前面に白い塗料の薄い層をスプレーしてから、黒い斑点をスプレーします。</li>
	<li>図3に示すように、引張試験機のクランプの中央にサンプルを置き、画像取得システムをセットアップします。</li>
	<li>ひずみデータの精度を確保するには、サンプルの位置を変化させて、カメラの撮影エリアの中央で垂直位置になるようにします。さらに、カメラの焦点距離と露出率を調整して、サンプルのスポットがはっきりと記録されるようにします。</li>
	<li>引張試験を実施します。 [CONFIGURE TEST] をクリックします。 試験速度 を 0.5mm/minに設定します。 [試験片データ]をクリックします。サンプルの測定幅と厚さを入力します。[ スタート]をクリックし、[ 現在の位置を確定]をクリックします。読み込み時間データを記録します。</li>
	<li>サンプルを取り出します。引張試験後のサンプルの形態を記録します。</li>
	<li>引張試験を5回繰り返して、結果の再現性を確認します。</li>
	<li>引張試験中にサンプルの公称ひずみを測定するには、デジタル画像相関(DIC)ソフトウェアを使用します。</li>
	<li>「 長さスケール画像 」をクリックしてピクセルの長さをキャリブレーションし、「参照画像」をクリックして、最初の画像を基準 画像として選択します。「 変形 画像」をクリックし、残りの画像を変形画像として選択します。 [作図ツール] |矩形を選択して 、測定領域を選択します。伸び計をクリックし、伸び 計 の長さを 100 mm に設定し、 処理 |相関を開始します。</li>
	<li>荷重を断面積で割って、公称応力を求めます。</li>
	<li>DIC測定の公称ひずみと引張試験機の公称応力を組み合わせます。</li>
	<li>ひずみ-応力曲線の線形セグメントの傾きを弾性率として選択します。引張力-時間曲線のピーク値を強度として選択します。</li>
	<li>サンプルの弾性率と強度を比較します。</li>
</ol>

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

著者には利益相反はありません。

本稿では、低コストでハンドレイアップ工法を製作するための2つの異なる製造プロセスに焦点を当てる。そこで、本稿では、よりシンプルで習得しやすく、投資コストが低く、実験室や小規模工場での材料改造による生産に適した2つの製造プロセスを選択しました。ラミネートの硬化中、高品質のラミネートを製造する上で、高い圧密圧力が重要な役割を果たします。十分な外圧のない従?...

繊維強化ポリマー複合材料(FRP)は、繊維強化材とポリマーマトリックス1,2,3を混合して製造される高強度材料の一種です。低密度、高い比剛性と強度、疲労特性、および優れた耐食性により、航空宇宙4,5,6、建設7,8、自動車9、および海洋10,11産業で広く使用されています。一般的な合成繊維には、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などがある12。この論文では、ガラス繊維を調査対象として選択しました。従来の鋼と比較して、ガラス繊維強化複合積層板(GFRP)は軽量で、密度は3分の1未満ですが、鋼よりも高い比強度を達成できます。
FRPの製造工程には、真空アシスト樹脂トランスファー成形(VARTM)13、フィラメントワインディング(FW)14、プリプレグ成形のほか、多くの高度な製造工程15,16,17,18がある。ウェットハンドレイアップ/真空バッグ(WLVB)プロセスは、他の準備プロセスと比較して、簡単な機器要件と複雑なプロセス技術など、いくつかの利点があり、製品はサイズや形状に制限されません。このプロセスは自由度が高く、金属、木材、プラスチック、または発泡体と統合できます。
WLVBプロセスの原理は、真空バッグを介してより大きな成形圧力を適用して、準備された積層物の機械的特性を向上させることです。このプロセスの製造技術は習得が容易であり、経済的でシンプルな複合材料調製プロセスになります。この工程は完全に手作業で行われており、準備担当者のスキルに大きく影響されます。そのため、ボイドや厚みムラなどの欠陥が発生しやすく、ラミネートの品質や機械的特性が不安定になります。したがって、積層板の機械的特性の高い安定性を得るためには、WLVBプロセスを詳細に記述し、ステップを細かく制御し、材料比率を定量化する必要があります。
ほとんどの研究者は、複合材料の準静的19,20,21,22,23と動的挙動24,25,26,27,28、および特性変更29,30を研究してきました。繊維とマトリックスの体積分率比は、FRPラミネートの機械的特性に重要な役割を果たします。適切な範囲では、繊維の体積分率が高いほど、FRPラミネートの強度と剛性を向上させることができます。Andrew et al.31は、溶融堆積モデリング(FDM)積層造形プロセスによって作製された試料の機械的特性に対する繊維体積分率の影響を調査しました。その結果、繊維体積分率が22.5%のとき、引張強度効率が最大に達し、繊維体積分率が33%に達すると、強度のわずかな改善が観察された。Khalid et al.32は、多様な繊維体積分率を持つ連続炭素繊維(CF)強化3Dプリント複合材料の機械的特性を研究し、その結果、繊維含有量の増加に伴い、引張強度と剛性の両方が向上することを示しました。Uzay et al.33は、炭素繊維強化ポリマー(CFRP)の機械的特性に対する3つの製造方法(ハンドレイアップ、圧縮成形、真空バギング)の影響を調査しました。積層体の繊維体積分率とボイドを測定し、引張試験と曲げ試験を実施した。実験は、繊維体積分率が高いほど、機械的特性が優れていることを示しました。
ボイドは、FRPラミネートの最も一般的な欠陥の1つです。ボイドは、強度、剛性、耐疲労性などの複合材料の機械的特性を低下させる34。ボイドの周囲に発生する応力集中は、マイクロクラックの伝播を促進し、鉄筋と母材の間の界面強度を低下させます。また、内部の空隙はFRPラミネートの吸湿を促進し、界面の剥離や性能低下を引き起こします。したがって、内部ボイドの存在は複合材の信頼性に影響を与え、それらの幅広い用途を制限します。Zhu et al.35 は、CFRP複合積層板の静的層間せん断強度特性に対するボイド含有量の影響を調査し、0.4%から4.6%の範囲でボイド含有量が1%増加すると、層間せん断強度が2.4%悪化することを発見しました。Scottら36 は、コンピュータ断層撮影(CT)を用いて、静水圧荷重下でのCFRP複合積層板の損傷メカニズムに対するボイドの影響を提示し、ボイドの数がランダムに分布する亀裂の数の2.6〜5倍であることを発見しました。
オートクレーブを使用することで、高品質で信頼性の高いFRPラミネートを製造できます。Abrahamら37 は、WLVBアセンブリを1.2MPaの圧力でオートクレーブに入れて硬化させることにより、低多孔率、高繊維含有量の積層板を製造しました。それにもかかわらず、オートクレーブは大型で高価な機器であり、かなりの製造コストがかかります。真空アシスト樹脂転写プロセス(VARTM)は古くから使用されていますが、時間的コスト、準備工程の複雑化、迂回チューブや迂回媒体などの使い捨て消耗品の増加などの点で限界がありました。WLプロセスと比較して、WLVBプロセスは、低コストの真空バッグを介して不十分な成形圧力を補正し、システムから余分な樹脂を吸収して繊維体積分率を高め、内部細孔含有量を減らし、それによって積層体の機械的特性を大幅に改善します。
本研究では、WLプロセスとWLVBプロセスの違いを探り、WLVBプロセスの緻密なプロセスについて詳述する。積層板の繊維体積含有量を式法で計算したところ、WL積層板の繊維体積率は42.04%であったのに対し、WLVB積層板の繊維体積率は57.82%で、15.78%増加した。ラミネートの機械的特性は、引張試験と衝撃試験によって特徴付けられました。実験の結果、WLVB法では積層板の強度が17.4%、弾性率が16.35%向上し、比吸収エネルギーが19.48%増加した。

<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

従来のウェットハンドレイアッププロセス(WL)は、繊維複合ラミネートの製造に広く適用されてきました。しかし、成形圧力の不足により、繊維の質量分率が低下し、内部に気泡が多く閉じ込められ、低品質(剛性・強度が低い)の積層体になってしまいます。複合積層板を製造するためのウェットハンドレイアップ/真空バッグ(WLVB)プロセスは、従来のウェットハンドレイアッププロセスに基づいており、真空バッグを使用して気泡を除去して圧力をかけ、加熱および硬化プロセスを実行します。 
従来のハンドレイアッププロセスと比較して、WLVBプロセスで製造されたラミネートは、強度と剛性の向上、繊維体積分率の向上、ボイド体積分率の低下など、優れた機械的特性を示し、これらはすべて複合積層板の利点です。この工程は完全に手作業で行われており、準備担当者のスキルに大きく影響されます。そのため、ボイドや厚みムラなどの欠陥が発生しやすく、ラミネートの品質や機械的特性が不安定になります。したがって、積層板の機械的特性を確保するためには、WLVBプロセスを細かく記述し、ステップを細かく制御し、材料比率を定量化する必要があります。 
この論文では、ガラス繊維強化複合積層板(GFRP)を調製するためのWLVBプロセスの詳細なプロセスについて説明します。積層板の繊維体積率は式法を用いて計算され、計算結果はWL積層板の繊維体積率が42.04%であったのに対し、WLVB積層板の繊維体積率は57.82%で、15.78%増加した。ラミネートの機械的特性は、引張試験と衝撃試験を使用して特徴付けられました。実験の結果、WLVB法では積層板の強度が17.4%、弾性率が16.35%向上し、比吸収エネルギーが19.48%増加した。

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 

異なる製造プロセスで得られたガラス繊維強化ポリマー複合積層物の機械的特性の測定

表1 に、サンプルの繊維体積分率、平均厚さ、および製造プロセスを示します。G8-WLVBとG8-WLは、それぞれ真空バッグプロセスの有無にかかわらず、ウェットハンドレイアップによって製造された8層ガラスファブリックからなるラミネートを表しています。明らかに、真空バッグの支援により、ラミネートは繊維体積分率が15.78%増加し、平均厚さが16.27%減少します。
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本稿では、ウェットハンドレイアップ/真空バッグ法を用いて得られた繊維強化ポリマーマトリックス複合積層板の作製プロセスについて述べる。

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

私たちの研究は、繊維複合材料の界面靭性と抵抗障害の向上に焦点を当てています。ナノ粒子を組み込むことで、繊維複合材料の抵抗障害を改善しようとしています。繊維複合材製造における最も一般的な課題の1つは、再現性の欠如です。製造深さの正確な制御と材料比率の定量化により、非常に安定した機械的特性を持つ積層物を得ることができます。このアプローチにより、異なるバッチ間で再現性の高いテスト結果が得られます。複合積層板を製造するeWLBプロセスでは、真空バッグを使用して気泡を除去します。他のプロセスと比較して、このプロセスには多くの利点があります。シンプルな設備が必要で、複雑ではないプロセス技術が必要で、製品のサイズや形状に制限もありません。

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

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1.1K ビュー.  Southern University of Science and Technology. 私たちの研究は、繊維複合材料の界面靭性と抵抗障害の向上に焦点を当てています。ナノ粒子を組み込むことで、繊維複合材料の抵抗障害を改善しようとしています。繊維複合材製造における最も一般的な課題の1つは、再現性の欠如です。製造深さの正確な制御と材料比率の定量化により、非常に安定した機械的特性を持つ積層物を得ることができます。このアプ...

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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.

工学

﻿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.

ウェットハンドレイアップ/真空バッグ(WLVB)法によるガラス繊維強化ポリマー(GFRP)複合積層板の作製

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.