Yazarlar, Çin Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı'ndan (No. 2022YFB3706503) ve Shenzhen Doğa Bilimleri Fonu'nun (No. 20220815133826001) İstikrarlı Destek Planı Programından alınan hibelere teşekkür eder.

1. Malzeme hazırlığı
<ol><li>Sekiz adet 300 mm x 300 mm dokuma cam elyaf kumaşı makasla kesin. Fiber filamentlerin düşmesini önlemek için önce kesimi bantlayın. NOT: Kumaşı keserken parmak batmasını ve filament solunmasını önlemek için maske ve eldiven takın. Sadece dokuma cam elyaf kumaş değil, tek yönlü kumaş ve karbon elyaf ve aramid elyaf gibi diğer elyaf türleri de mevcuttur.</li>
	<li>260 g epoksi reçine ve 78 g sertleştiriciyi 10:3 kütle oranına göre tartın.<...

Elyaf Kompozit Laminatların İmalatı ve Mekanik Özellik Değerlendirmesi

Bu makale, düşük maliyetli el yatırma yöntemi için iki farklı üretim sürecine odaklanmaktadır. Bu nedenle, bu yazıda dikkatlice anlatılmak üzere daha basit, ustalaşması daha kolay, yatırım maliyeti daha düşük, laboratuvarlarda ve küçük ölçekli fabrikalarda malzeme modifikasyonu ile üretime uygun iki fabrikasyon süreci seçilmiştir. Laminatların kürlenmesi sırasında, yüksek konsolidasyon basıncı, yüksek kalitede laminatların üretilmesinde önemli bir rol oynar. Yeterli dış basınç ...

Elyaf takviyeli polimer kompozit (FRP), elyaf takviyesi ve polimer matrislerin 1,2,3 karıştırılmasıyla üretilen yüksek mukavemetli bir malzeme türüdür. Düşük yoğunluğu, yüksek özgül sertliği ve mukavemeti, yorulma özellikleri ve mükemmel korozyon direnci nedeniyle havacılık 4,5,6, inşaat7,8, otomotiv 9 ve denizcilik 10,11 endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yaygın sentetik lifler arasında karbon lifleri, cam lifleri ve aramid lifleri bulunur12. Bu çalışmada araştırma için cam elyaf seçilmiştir. Geleneksel çelikle karşılaştırıldığında, cam elyaf takviyeli kompozit laminatlar (GFRP'ler) daha hafiftir, yoğunluğun üçte birinden daha azdır, ancak çelikten daha yüksek bir özgül mukavemet elde edebilir.
FRP'nin hazırlama süreci, diğer birçok gelişmiş imalat işlemine 15,16,17,18 ek olarak vakum destekli reçine transfer kalıplama (VARTM)13, filament sarma (FW)14 ve prepreg kalıplamayı içerir. Diğer hazırlama işlemleriyle karşılaştırıldığında, ıslak el yatırma/vakum torbası (WLVB) işlemi, basit ekipman gereksinimleri ve karmaşık olmayan işlem teknolojisi dahil olmak üzere çeşitli avantajlara sahiptir ve ürünler boyut ve şekil ile sınırlı değildir. Bu işlem yüksek derecede serbestliğe sahiptir ve metal, ahşap, plastik veya köpük ile entegre edilebilir.
WLVB işleminin prensibi, hazırlanan laminatların mekanik özelliklerini geliştirmek için vakum torbaları aracılığıyla daha fazla şekillendirme basıncı uygulamaktır; Bu işlemin üretim teknolojisinde ustalaşmak kolaydır, bu da onu ekonomik ve basit bir kompozit malzeme hazırlama işlemi haline getirir. Bu süreç tamamen manueldir ve hazırlık personelinin becerilerinden büyük ölçüde etkilenir. Bu nedenle, ürünler boşluklar ve düzensiz kalınlık gibi kusurlara eğilimlidir, bu da laminatın dengesiz niteliklerine ve mekanik özelliklerine yol açar. Bu nedenle, laminatların mekanik özelliklerinde yüksek bir stabilite elde etmek için WLVB sürecini ayrıntılı olarak tanımlamak, adımları hassas bir şekilde kontrol etmek ve malzeme oranını ölçmek gerekir.
Çoğu araştırmacı, kompozit malzemelerin yarı statik 19,20,21,22,23 ve dinamik davranışı24,25,26,27,28'in yanı sıra özellik modifikasyonu 29,30'u incelemiştir. Elyafın matrise hacim fraksiyon oranı, FRP laminatın mekanik özelliklerinde çok önemli bir rol oynar. Uygun bir aralıkta, daha yüksek hacimli bir lif fraksiyonu, FRP laminatın mukavemetini ve sertliğini artırabilir. Andrew ve ark.31, lif hacmi fraksiyonunun, kaynaşmış biriktirme modellemesi (FDM) eklemeli üretim süreci ile hazırlanan numunelerin mekanik özellikleri üzerindeki etkisini araştırdı. Sonuçlar, lif hacmi fraksiyonu %22,5 olduğunda, çekme mukavemeti verimliliğinin maksimuma ulaştığını ve lif hacmi fraksiyonu %33'e ulaştığında mukavemette hafif bir iyileşme gözlendiğini gösterdi. Khalid ve ark.32, çeşitli lif hacmi fraksiyonlarına sahip sürekli karbon lif (CF) takviyeli 3D baskılı kompozitlerin mekanik özelliklerini inceledi ve sonuçlar, lif içeriğindeki artışla hem çekme mukavemetinin hem de sertliğin iyileştiğini gösterdi. Uzay ve ark.33, üç üretim yönteminin (elle yatırma, sıkıştırma kalıplama ve vakumlu torbalama) karbon fiber takviyeli polimerin (CFRP) mekanik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırdı. Laminatların lif hacim fraksiyonu ve boşluğu ölçüldü, çekme ve eğilme testleri yapıldı. Deneyler, lif hacmi fraksiyonu ne kadar yüksek olursa, mekanik özelliklerin o kadar iyi olduğunu gösterdi.
Boşluklar, FRP laminattaki en yaygın kusurlardan biridir. Boşluklar, kompozit malzemelerin mukavemet, sertlik ve yorulma direnci gibi mekanik özelliklerini azaltır34. Boşlukların etrafında oluşan stres konsantrasyonu, mikro çatlakların yayılmasını teşvik eder ve donatı ile matris arasındaki arayüz mukavemetini azaltır. İç boşluklar ayrıca FRP laminatın nem emilimini hızlandırarak arayüzün ayrılması ve performans düşüşüne neden olur. Bu nedenle, iç boşlukların varlığı kompozitin güvenilirliğini etkiler ve geniş uygulamalarını kısıtlar. Zhu ve ark.35 , boşluk içeriğinin CFRP kompozit laminatların statik katmanlar arası kesme mukavemeti özellikleri üzerindeki etkisini araştırdı ve boşluk içeriğinde %0,4 ila %4,6 arasında değişen %1'lik bir artışın, katmanlar arası kesme mukavemetinde %2,4'lük bir bozulmaya yol açtığını buldu. Scott ve ark.36 bilgisayarlı tomografi (BT) kullanarak hidrostatik yükleme altında CFRP kompozit laminatlarda boşlukların hasar mekanizması üzerindeki etkisini sunmuşlar ve boşluk sayısının rastgele dağılmış çatlak sayısının 2.6-5 katı olduğunu bulmuşlardır.
Yüksek kaliteli ve güvenilir FRP laminatlar bir otoklav kullanılarak üretilebilir. Abraham ve ark.37 , kürleme için 1.2 MPa basınçla bir otoklava bir WLVB düzeneği yerleştirerek düşük gözeneklilik, yüksek lif içerikli laminatlar üretti. Bununla birlikte, otoklav büyük ve pahalı bir ekipman parçasıdır ve bu da önemli üretim maliyetlerine neden olur. Vakum destekli reçine transfer işlemi (VARTM) uzun süredir kullanımda olmasına rağmen, zaman maliyeti, daha karmaşık bir hazırlama süreci ve saptırma tüpleri ve saptırma ortamı gibi daha tek kullanımlık sarf malzemeleri açısından bir sınırı vardır. WL işlemi ile karşılaştırıldığında, WLVB işlemi, düşük maliyetli bir vakum torbası aracılığıyla yetersiz kalıplama basıncını telafi eder, elyaf hacmi fraksiyonunu artırmak ve iç gözenek içeriğini azaltmak için sistemden fazla reçineyi emer, böylece laminatın mekanik özelliklerini büyük ölçüde iyileştirir.
Bu çalışma, BE süreci ile WLVB süreci arasındaki farkları araştırmakta ve WLVB sürecinin titiz sürecini detaylandırmaktadır. Laminatların lif hacmi içeriği formül yöntemi ile hesaplanmış ve sonuçlar, WL laminatların lif hacmi içeriğinin %42.04 olduğunu, WLVB laminatlarınkinin ise %15.78 artarak %57.82 olduğunu göstermiştir. Laminatların mekanik özellikleri, çekme ve darbe testleri ile karakterize edildi. Deneysel sonuçlar, WLVB işlemi ile laminatların mukavemet ve modülünün sırasıyla %17.4 ve %16.35 oranında arttırıldığını ve özgül emilen enerjinin %19.48 oranında arttığını ortaya koymuştur.

<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

Geleneksel ıslak el yatırma işlemi (WL), fiber kompozit laminatların imalatında yaygın olarak uygulanmaktadır. Bununla birlikte, şekillendirme basıncındaki yetersizlik nedeniyle, elyafın kütle oranı azalır ve içeride çok sayıda hava kabarcığı hapsolur, bu da düşük kaliteli laminatlara (düşük sertlik ve mukavemet) neden olur. Kompozit laminatların imalatı için ıslak el yatırma/vakum torbası (WLVB) işlemi, hava kabarcıklarını gidermek ve basınç sağlamak için bir vakum torbası kullanan ve ardından ısıtma ve kürleme işlemini gerçekleştiren geleneksel ıslak el yatırma işlemine dayanır. 
Geleneksel el yatırma işlemiyle karşılaştırıldığında, WLVB işlemiyle üretilen laminatlar, kompozit laminatlar için tüm faydalar olan daha iyi mukavemet ve sertlik, daha yüksek elyaf hacmi fraksiyonu ve daha düşük boşluk hacmi fraksiyonu dahil olmak üzere üstün mekanik özellikler gösterir. Bu süreç tamamen manueldir ve hazırlık personelinin becerilerinden büyük ölçüde etkilenir. Bu nedenle, ürünler boşluklar ve düzensiz kalınlık gibi kusurlara eğilimlidir, bu da laminatın dengesiz niteliklerine ve mekanik özelliklerine yol açar. Bu nedenle, laminatların mekanik özelliklerini sağlamak için WLVB sürecini hassas bir şekilde tanımlamak, adımları hassas bir şekilde kontrol etmek ve malzeme oranlarını ölçmek gerekir. 
Bu makale, dokuma düz desenli cam elyaf takviyeli kompozit laminatların (GFRP'ler) hazırlanması için WLVB sürecinin titiz sürecini açıklamaktadır. Laminatların lif hacmi içeriği formül yöntemi kullanılarak hesaplanmış ve hesaplanan sonuçlar, WL laminatların lif hacmi içeriğinin %42.04 olduğunu, WLVB laminatlarınkinin ise %15.78 artarak %57.82 olduğunu göstermiştir. Laminatların mekanik özellikleri, çekme ve darbe testleri kullanılarak karakterize edildi. Deneysel sonuçlar, WLVB işlemi ile laminatların mukavemet ve modülünün sırasıyla %17.4 ve %16.35 oranında arttırıldığını ve özgül emilen enerjinin %19.48 oranında arttığını ortaya koymuştur.

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%.

Yazar Spot Işığı: Islak El Yatırma/Vakum Torbası İşlemi ile Fiber Kompozit Laminat Kalitesinin Artırılması 

Farklı İmalat İşlemleri ile Elde Edilen Cam Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Laminatların Mekanik Özelliklerinin Ölçülmesi

Our research focuses on enhancing the interface toughness and impaired resistance of fiber composites. We are trying to improve the impaired resistance of fiber composites by incorporating nanoparticles. One of the most common challenges in fiber composite fabrication is the lack of repeatability.Through precise control of the fabrication depth and quantification of material proportions, we can obtain laminates with very stable mechanical properties. This approach ensures highly repeatable test result across different batches. The eWLB process for fabricating composite laminates use a vacuum bag to remove air bubbles.Compared to other processes, this process has lot of advantages. It requires simple equipment, involves process technologies that is not complicated, and the products are also not limited by size or shape.

Tablo 1 , numunelerin lif hacmi fraksiyonunu, ortalama kalınlığını ve üretim sürecini göstermektedir. G8-WLVB ve G8-WL, sırasıyla vakumlu torba işlemi ile ve vakumsuz ıslak elle yatırılarak üretilen 8 katlı cam kumaştan oluşan laminatları temsil eder. Açıkçası, vakum torbası yardımıyla, laminatlar elyaf hacmi fraksiyonunda %15.78'lik bir artışa ve ortalama kalınlıkta %16.27'lik bir azalmaya sahiptir.
WLVB ve WL numunelerinin çekme testi ile elde ...

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

Bu makale, ıslak el yatırma/vakum torbası yöntemi kullanılarak elde edilen elyaf takviyeli polimer matrisli kompozit laminatlar için bir üretim sürecini açıklamaktadır.

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

Araştırmamız, fiber kompozitlerin arayüz tokluğunu ve bozulmuş direncini arttırmaya odaklanmaktadır. Nanopartikülleri dahil ederek fiber kompozitlerin bozulmuş direncini iyileştirmeye çalışıyoruz. Fiber kompozit imalatındaki en yaygın zorluklardan biri, tekrarlanabilirlik eksikliğidir.İmalat derinliğinin hassas kontrolü ve malzeme oranlarının ölçülmesi sayesinde, çok kararlı mekanik özelliklere sahip laminatlar elde edebiliriz. Bu yaklaşım, farklı partiler arasında yüksek oranda tekrarlanabilir test sonucu sağlar. Kompozit laminatların imalatı için eWLB işlemi, hava kabarcıklarını gidermek için bir vakum torbası kullanır.Diğer işlemlerle karşılaştırıldığında, bu işlemin birçok avantajı vardır. Basit ekipman gerektirir, karmaşık olmayan proses teknolojilerini içerir ve ürünler ayrıca boyut veya şekil ile sınırlı değildir.

Farklı İmalat İşlemleri ile Elde Edilen Cam Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Laminatların Mekanik Özelliklerinin Ölçülmesi

Abstract