RURY KOMPOZYTOWE O RÓŻNYCH STRUKTURACH WZMOCNIENIA WYTWORZONE METODĄ RTM

Kompozyty 9: 3 (29) 244-249 Mateusz Kozioł*, Józef Śleziona Politechnika Śląska, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 4-19 Katowice, Poland * Corresponding author. E-mail: Mateusz.Koziol@polsl.pl Otrzymano (Received) 5.2.29 RURY KOMPOZYTOWE O RÓŻNYCH STRUKTURACH WZMOCNIENIA WYTWORZONE METODĄ RTM Zaprezentowano badania wpływu struktury na właściwości wytrzymałościowe rur wytworzonych metodą RTM. Rury wytworzono metodą RTM, z zasysaniem próżniowym, w dwuczęściowej formie aluminiowej z usuwalnym zbieżnym rdzeniem z PCW. Zastosowano następujące typy : 1) z włókna szklanego tkaniny: jednokierunkową 35 g/m 2, krzyżową 35 g/m 2 oraz satynową 35 g/m 2 ; 2) z włókna węglowego: tkaninę krzyżową 16 g/m 2, rękaw o ułożeniu satynowym 215 g/m 2. Jako osnowy użyto żywicy epoksydowej. Pierścienie z wytworzonych rur poddano próbom statycznego ściskania w kierunku osiowym i promieniowym. Zmierzono też udział objętościowy włókien. Przeprowadzono analizę porównawczą uzyskanych wyników. Stwierdzono, że technologia RTM umożliwia wytworzenie rur kompozytowych zadowalającej jakości. Wytworzone rury, wzmocnione zarówno włóknami szklanymi, jak i węglowymi, cechują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi. Przy podobnym ułożeniu w rurze, kompozyty z włóknem węglowym wykazują istotnie wyższy moduł sprężystości przy ściskaniu promieniowym w porównaniu z kompozytami na bazie włókna szklanego. Na korzyść włókien szklanych, jako rur, przemawia bezpieczniejszy przebieg zniszczenia przy ściskaniu promieniowym. Pod względem wytrzymałości i modułu szczególnie dobrze wypada kompozyt z rury wzmocnionej tkaniną szklaną jednokierunkową. Ma on bardzo dużą wytrzymałość i korzystny przebieg zniszczenia w kierunku promieniowym, natomiast w kierunku osiowym wypada niewiele gorzej od pozostałych kompozytów. Kompozyt wzmocniony rękawem włókna węglowego wykazuje wyższy moduł i korzystniejszy przebieg zniszczenia przy ściskaniu promieniowym w porównaniu z kompozytem wzmocnionym tkaniną. Wypada jednak nieco gorzej pod względem wytrzymałości. Udziały objętościowe włókien w wytworzonych kompozytach nie są na zadowalającym poziomie, a mimo to uzyskane właściwości mechaniczne należy uznać za bardzo dobre. Świadczy to o dużym potencjale metody RTM w zakresie wytwarzania rur kompozytowych i konieczności oraz celowości dalszych prac nad jej modyfikacją. Powinny one objąć głównie projektowanie i wytwarzanie preform oraz form pod kątem zwiększenia udziału włókien w wytwarzanych kompozytach. Praca stanowi wstępny etap badań mających na celu wdrożenie do produkcji metodą RTM wysokowytrzymałych, obustronnie gładkich rur kompozytowych. Słowa kluczowe: rury kompozytowe, metoda RTM, struktura wzmacniająca COMPOSITE PIPES WITH VARIOUS REINFORCING STRUCTURES, MANUFACTURED BY RTM METHOD The paper presents the results of investigations on an effect of reinforcing structure on strength of composite pipes manufactured by RTM method. The pipes were manufactured by vacuum-aspiration RTM method, in 2-part aluminium mold, with removable tapered PVC core. Following reinforcement types were applied: 1) glass fibre fabrics: unidirectional of 35 g/m 2, plain weave of 35 g/m 2, and satin of 35 g/m 2 ; 2) carbon fibre: plain weave fabric of 16 g/m 2, satin sleeve of 215 g/m 2. Epoxy resin was used as a composite matrix. Rings cut from the pipes were put to static compression tests into axial and radial directions. Fibre volume fraction was also measured. Comparative analyse of obtained results was carried out. It was found that RTM technology enable manufacturing of composite pipes of satisfactory quality. The manufactured pipes, reinforced with glass fibres and carbon fibres as well, show very good mechanical properties. The carbon fibre composites have significantly higher elastic modulus by radial compression, in comparison with glass fibre composites, by equivalent reinforcement stacking sequence in a pipe. An advantage of glass fibres, as a reinforcement in pipes, is safer failure progress by radial compression. Concerning strength and modulus, especially good is the unidirectional glass fabric reinforced composite. It shows very high strength and advantageous failure progress into radial direction. However, it shows only a bit lower strength into axial direction, when compared with the other composites. The carbon sleeve composite shows higher modulus and more advantageous failure progress by radial compression in comparison with the carbon fabric composite. However, it shows lower strength. Fibres volume fractions of the composites are not on satisfactory level. However, their mechanical properties should be aknowledged as very good. It testifies of grat potential of RTM method in range of manufacturing the composite pipes and it is necessary and purposeful to continue works leading to its modification. The works should incorporate mainly projecting and manufacturing of reinforcing preforms and molds, leading to an increase in fibre volume fraction of manufactured composites. The works descripted in this paper are preliminary stage of investigations aiming at an implement of the RTM method for mass production of high-strength, two-side smooth composite pipes. Keywords: composite pipes, RTM method, reinforcing structure

Rury kompozytowe o różnych strukturach wytworzone metodą RTM 245 WSTĘP Rury z kompozytów polimerowo-włóknistych są obecnie szeroko stosowane w aplikacjach, w których istnieje potrzeba dużej wytrzymałości, jak najniższej masy i wysokiej odporności na chemikalia. Właściwości rur kompozytowych można projektować poprzez odpowiedni dobór komponentów i struktury, co daje bardzo szerokie spektrum zastosowań. Jako wzmocnienie rur kompozytowych stosuje się najczęściej włókna szklane. Istnieje jednak szereg zastosowań, gdzie wykorzystuje się włókna węglowe lub korundowe [1]. Przykłady aplikacji rur z polimerowych kompozytów włóknistych to: instalacje lub elementy konstrukcji w statkach powietrznych, statkach wodnych, pojazdach (np. rowery), rurociągi na platformach wiertniczych i tankowcach [2], elementy konstrukcji budynków. Powszechne od pewnego czasu jest wykorzystywanie rur kompozytowych do budowy typowych rurociągów, szczególnie o dużych średnicach. Przykładem są tu rury na ciśnieniową magistralę wodną o średnicy 4,5 m [3]. Ze względu na możliwe do uzyskania bardzo dobre właściwości dielektryczne rury kompozytowe stosuje się jako kanały izolacyjne w elektrotechnice i energetyce [4]. Rury kompozytowe cechują się znakomitymi właściwościami mechanicznymi i jednocześnie niską masą. Są jednak relatywnie wrażliwe na obciążenia dynamiczne, powodujące pęknięcia, rozwijające się następnie pod wpływem obciążeń roboczych. Prowadzone są prace badawcze mające poprawić ich wytrzymałość rezydualną, m.in. poprzez modyfikację [5]. Bardzo istotnym zagadnieniem jest też wytrzymałość zmęczeniowa rur kompozytowych [1]. Dla dobrze wykonanych rur jest ona porównywalna z rurami stalowymi bez szwu. Szczególnie duży wpływ na właściwości mechaniczne rur kompozytowych ma obecność defektów. Prowadzone badania wskazują, że w przypadku defektów cylindrycznych duży wpływ na wytrzymałość rur ma głębokość tychże defektów; wielkość ich powierzchni (promień) jest mniej istotna [6]. Podstawową technologią wytwarzania rur z kompozytów jest nawijanie rowingu na mokro na rdzeń polimerowy lub metalowy [7]. Po utwardzeniu kompozytu rdzeń jest usuwany (element formy) bądź pozostaje jako integralna część rury (wkładk. Rury z rdzeniem metalowym wykazują pod wpływem wewnętrznego ciśnienia bardzo korzystny mechanizm zniszczenia, polegający na jednoczesnym odkształcaniu plastycznym metalu i pękaniu włókien kompozytu [8]. Tego typu rury wykorzystuje się m.in. na lufy dział. Technologia nawijania na mokro gwarantuje wysoką jakość wyrobów, jednak nie zapewnia obustronnej gładkości - zewnętrzna strona rury ma fakturę rowingu. Powoduje to istotne pogorszenie właściwości mechanicznych - zewnętrzne nierówności powierzchni są powodem koncentracji naprężeń i obszarami inicjacji pęknięć. W niektórych zastosowaniach, szczególnie związanych z dużymi obciążeniami lub obciążeniami cyklicznymi (zmęczenie), rozwiązaniem wymaganym jest obustronna gładkość. Taką cechę można nadać rurze kompozytowej wyłącznie przy użyciu technologii nasycania RTM (ang. Resin Transfer Moulding). Polega ona na umieszczeniu preformy (wstępnie przygotowanego, ułożonego w odpowiedni stos) w zamkniętej formie i wtryśnięciu bądź zassaniu ciekłej żywicy. Preformę można uzyskać poprzez nawinięcie na odpowiedni rdzeń (usuwalny bądź pozostający częścią rury) odpowiedniego typu tkanin lub nawinięcie na sucho rowingu [7]. Metoda nawijania na sucho daje tu prawdopodobnie największe możliwości projektowania struktury oraz najdoskonalszą jej formę. Wymaga jednak najbardziej zaawansowanego oprzyrządowania i dlatego obecnie, w zakresie technologii RTM, najczęściej stosuje się wzmocnienie tkaninowe. Często wykorzystuje się również tkaniny w postaci rękawów (koszulek), specjalnie przeznaczonych do produkcji rur. Stosowanie ich istotnie upraszcza krok technologiczny związany z przygotowaniem preform - w celu uzyskania preformy wystarczy kolejno naciągnąć na rdzeń odpowiednią ilość takich rękawów. Nie ma problemów z owijaniem rdzenia przez tkaninę i utrzymywaniem jej w stanie naciągu, co jest czasochłonne i często prowadzi do problemów. Obustronnie gładkie rury kompozytowe są używane m.in. przez przemysł polski, np. do transportu czynnika zasilającego hydraulikę siłową w kombajnach górniczych. Istnieje również wiele innych możliwości ich wykorzystania w Polsce i za granicą, co powoduje z kolei zainteresowanie polskich firm produkcją kompozytowych rur obustronnie gładkich. Opracowanie optymalnej technologii wytwarzania takich rur jest więc aktualnie potrzebne. Celem pracy jest pokazanie wpływu struktury na właściwości wytrzymałościowe kompozytów polimerowo-włóknistych, będących budulcem rur wytworzonych metodą RTM. Próbom statycznego ściskania w kierunku osiowym i promieniowym poddano rury z włókna szklanego wzmocnione tkaninami: jednokierunkową, krzyżową, satynową oraz z włókna węglowego wzmocnione: tkaniną krzyżową, rękawem o ułożeniu satynowym. Przeprowadzono analizę porównawczą uzyskanych wyników. Praca stanowi wstępny etap badań mających na celu wdrożenie do produkcji metodą RTM wysokowytrzymałych, obustronnie gładkich rur kompozytowych. WYTWORZENIE RUR KOMPOZYTOWYCH Jako osnowę, w przypadku wszystkich nasycanych rur, wykorzystano żywicę epoksydową EPIDIAN 53, sieciowaną utwardzaczem Z1 w proporcji wagowej: 1 porcji żywicy + 1 porcja utwardzacza. Jako materiału użyto:

246 M. Kozioł, J. Śleziona Włókien szklanych w postaci: 1) tkaniny jednokierunkowej (95 włókien w kierunku osnowy, stanowiącym kierunek promieniowy rury, 5 włókien w kierunku wątku - kierunek osiowy rury) o gramaturze 35 g/m 2 ; 2) tkaniny płóciennej o splocie krzyżowym (ułożenie pasm włókien równoległe i prostopadłe do długości rury, równy udział włókien w obu kierunkach) o gramaturze 35 g/m 2 ; 3) tkaniny satynowej (równy udział włókien w kierunkach prostopadłych) o gramaturze 35 g/m 2. We wszystkich przypadkach tkaniny nawijano na rdzeń z odpowiednim naciągiem w ilości 3 warstw. Dawało to preformę o sumarycznej gramaturze 15 g/m 2. Włókien węglowych w postaci: 1) tkaniny płóciennej o splocie krzyżowym (ułożenie pasm włókien równoległe i prostopadłe do długości rury, równy udział włókien w obu kierunkach) o gramaturze 16 g/m 2 ; 2) rękawa tkaniny satynowej (rys. 1c - ułożenie pasm włókien w kierunkach +55 i 35 do kierunku długości rury, równy udział włókien w obu kierunkach) o gramaturze 215 g/m 2. Tkaninę nawijano na rdzeń z odpowiednim naciągiem, w ilości 4 warstw. Rękaw naciągano w ilości 3 warstw. Pozwalało to w obu Wypadkach uzyskać preformę o sumarycznej gramaturze ok. 64 g/m 2 i zachować ekwiwalentność, umożliwiającą porównywanie ze sobą tych dwóch różnych struktur. Rury z kompozytów polimerowo-włóknistych wytworzono metodą RTM, z zasysaniem próżniowym, w dwuczęściowej formie aluminiowej z usuwalnym zbieżnym rdzeniem z PCW (rys. rys. 1 i 2). Średnica wewnętrzna formy (rury) to 5 mm, prześwit gniazda formy (grubość ścianki rury) to ok. 2,4 mm. Długość gniazda formy wynosi 4 cm. Czas nasycania jednej rury to ok. 15 min, przy stałym podciśnieniu ok.,5 bara, gwarantującym sprawny przebieg procesu, bez niepożądanego przemieszczenia preformy. Rys. 2. Schematyczny przekrój przez formę do nasycania rur metodą RTM: 1 - rdzeń, 2 - preforma, 3 - uszczelnienie, 4 - zewnętrzne części formy Fig. 2. Schematic cross-section of a RTM mold for pipes manufacturing: 1 - a core, 2 - a preform, 3 - leak stoppers, 4 - outer shells of a mold BADANIE WYBRANYCH WŁAŚCIWOŚCI WYTWORZONYCH RUR Wytworzone rury, po odpowiednim przycięciu, poddano ważeniu i wyznaczono udział wagowy oraz objętościowy zbrojenia metodą porównania mas ekwiwalentnych powierzchni preformy przed i po nasyceniu. Uzyskane wyniki zamieszczono w tabelach 1 i 2. TABELA 1. Udział wagowy i objętościowy włókien w kompozytach rur - wzmocnienie z włókna szklanego w różnej postaci TABLE 1. Mass and volume fraction of fibres in the pipe composites - reinforcing with various form of glass fibre Jednokierunkowe Unidirectional Krzyżowe Satynowe Satin Udział wagowy włókien W w, Udział objętościowy włókien V w, 55,4 29,7 65,8 36,6 63,1 34,7 c) Rys. 1. Nasycanie rur kompozytowych metodą RTM: rozłożona 2-częściowa forma, zamknięta forma po złożeniu, c) tkanina oraz rękaw węglowy Fig. 1. Impregnation of the composite pipes by RTM method: 2-part mold taken apart, the mold after assembly, c) carbon fabric and the carbon sleeve TABELA 2. Udział wagowy i objętościowy włókien w kompozytach rur - wzmocnienie z włókna węglowego w postaci tkaniny oraz rękawa TABLE 2. Mass and volume fraction of fibres in the pipe composites - reinforcing with carbon fibre fabric and sleeve Tkanina Rękaw Sleeve Udział wagowy włókien W w, Udział objętościowy włókien V w, 41,8 21,5 45,5 23,7 Na potrzeby badań mechanicznych wycięto z wytworzonych rur próbki w postaci pierścieni o szerokości

Rury kompozytowe o różnych strukturach wytworzone metodą RTM 247 ok. 5 mm. Przeprowadzono na nich próby statycznego ściskania w kierunku osiowym oraz promieniowym (rys. 3). Rys. 3. Schemat obciążania rur w próbach ściskania: w kierunku promieniowym, w kierunku osiowym Fig. 3. Schema of loading in compression tests of the pipes: radial direction, axial direction Badania wykonano na maszynie wytrzymałościowej INSTRON 4469. Prędkość odkształcania w próbach ustalono na 5 mm/min; zakres obciążenia głowicy wynosił 5 kn; temperatura otoczenia 2 C. Wytrzymałość na ściskanie osiowe wyznaczono z wzoru 2 zew r F 2 ( r g) zew (1) gdzie: - wytrzymałość na osiowe ściskanie,, F - największa siła zarejestrowana w próbie, N, r zew - zewnętrzny promień badanego pierścienia, mm, g - grubość ścianki pierścienia, mm. Z kolei wytrzymałość na ściskanie promieniowe wyznaczono, po odpowiednich przekształceniach rozwiązania układu statycznie niewyznaczalnego [9], z wzoru,954 F ( rzew g) (2) 2 gdzie: - wytrzymałość na promieniowe ściskanie,, F - największa siła zarejestrowana w próbie, N, r zew - zewnętrzny promień badanego pierścienia, mm, b - szerokość pierścienia, mm, g - grubość ścianki pierścienia, mm. Uzyskane wyniki prób ściskania osiowego przedstawiono w tabelach 3 i 4, a wyniki ściskania promieniowego - w tabelach 5 i 6. TABELA 3. Wyniki prób ściskania kompozytowych próbek pierścieniowych wyciętych z rur - kierunek osiowy. Wzmocnienie z włókna szklanego w różnej postaci TABLE 3. The results of compression tests of ring-shaped specimens cut from the pipes - axial direction. Reinforcement: various form of glass fibre Jednokierunkowe Unidirectional Krzyżowe Satynowe Satin Wytrzymałość na ściskanie (osiowo) Rc (os) b g Odkształcenie przy maks. obciążeniu (osiowo) Rc(os), Moduł sprężystości (osiowo) Ec (os) GPa 71 14 8 1 1,6,3 83 6 9 3 1,5,1 114 5 7 1 2,4,1 TABELA 4. Wyniki prób ściskania kompozytowych próbek pierścieniowych wyciętych z rur - kierunek osiowy. Wzmocnienie z włókna węglowego w postaci tkaniny i rękawa TABLE 4. The results of compression tests of ring-shaped specimens cut from the pipes - axial direction. Reinforcement: carbon fibre fabric and sleeve Tkanina Rękaw Sleeve Wytrzymałość na ściskanie (osiowo) Rc (os), Odkształcenie przy maks. obciążeniu (osiowo) Rc(os), Moduł sprężystości (osiowo) Ec (os), GPa 78 3 14 2 1,5,1 61 1 9 2,9,1 TABELA 5. Wyniki prób ściskania kompozytowych próbek pierścieniowych wyciętych z rur - kierunek promieniowy. Wzmocnienie z włókna szklanego w różnej postaci TABLE 5. The results of compression tests of ring-shaped specimens cut from the pipes - radial direction. Reinforcement: various form of glass fibre Jednokierunkowe Unidirectional Krzyżowe Satynowe Satin Wytrzymałość na ściskanie Rc (pr), Odkształcenie przy maks. obciążeniu Rc(pr), Moduł sprężystości Ec (pr) GPa 477 4 33 1 9,7,3 153 17 33 6 5,5,9 217 8 35 3 3,1 TABELA 6. Wyniki prób ściskania kompozytowych próbek pierścieniowych wyciętych z rur - kierunek promieniowy. Wzmocnienie z włókna węglowego w postaci tkaniny i rękawa TABLE 6. The results of compression tests of ring-shaped specimens cut from the pipes - radial direction. Reinforcement: carbon fibre fabric and sleeve Tkanina Plainweave Rękaw Sleeve Wytrzymałość na ściskanie Rc (pr), Odkształcenie przy maks. obciążeniu Rc(pr), Moduł sprężystości Ec (pr), GPa 19 15 14 1 6,7,7 167 23 24 3 7,7 1 Przykładowe krzywe mechaniczne ściskania osiowego zaprezentowano na rysunku 4, zaś ściskania promieniowego - na rysunku 5. ANALIZA WYNIKÓW Stwierdzono, że technologia RTM umożliwia wytworzenie rur kompozytowych zadowalającej jakości. Udział objętościowy włókien w kompozytach, z których wytworzono rury nie jest zbyt wysoki jak na materiał wytwarzany technologią RTM. W przypadku kompozytów wzmocnionych włóknami węglowymi udział włókien to 21 23. Kompozyty wzmocnione włóknem szklanym nie przekraczają udziału włókien 37. Są to

248 M. Kozioł, J. Śleziona wartości uzyskiwane często w kompozytach wytwarzanych techniką kontaktową. 12 12 8 8 6 4 2 jednokierunkowe krzyżowe satynowe tkanina rękaw ten typ kompozytu praktycznie nie ma pasm, wypada niewiele gorzej od pozostałych kompozytów (17 5 w porównaniu z dwoma pozostałymi typami badanych kompozytów z włóknem szklanym). Zaobserwowano, że przy podobnym ułożeniu w rurze kompozyty z włóknem węglowym wykazują istotnie wyższy moduł sprężystości przy ściskaniu promieniowym w porównaniu z kompozytami na bazie włókna szklanego (35 dla tkaniny krzyżowej, ok. 17 dla szklanej tkaniny satynowej - satynowego rękawa węglowego). Przebieg zniszczenia w kierunku osiowym rur z kompozytów wzmacnianych zarówno włóknem szklanym, jak i węglowym jest podobny. Po przekroczeniu punktu maksymalnej nośności następuje pęknięcie delaminacyjne rury, co wywołuje spadek obciążenia na krzywej, a następnie występuje płynięcie związane z postępującą delaminacją i rozwijaniem się warstw na platformie dociskającej (rys. rys. 5 oraz 6. 6 4 2 5 4 a ) jednokierunkowe krzyżowe satynowe Rys. 4. Przykładowe krzywe naprężenie-odkształcenie dla prób osiowego ściskania pierścieni z rur kompozytowych: wzmocnionych włóknem szklanym, wzmocnionych włóknem węglowym Fig. 4. Exemplary stress-strain curves for axial compression of the rings cut from composite pipes: reinforced with glass fibre, reinforced with carbon fibre Pomimo relatywnie niskich udziałów objętościowych włókien, właściwości mechaniczne uzyskanych materiałów należy uznać za bardzo dobre. Zarówno rury kompozytowe wzmocnione włóknami szklanymi, jak i węglowymi, cechują się doskonałymi właściwościami mechanicznymi. Wytrzymałość promieniowa (kierunek zdecydowanie najistotniejszy w rurach) jest na poziomie od ponad 15 do prawie 5, co jest wartością porównywalną do stali na rury bez szwu. W przypadku wzmacniania włóknami węglowymi rękaw satynowy nadaje nieco gorsze właściwości wytrzymałościowe w porównaniu z tkaniną (przy ściskaniu promieniowym różnica ok. 12). Jednak przy ściskaniu promieniowym zapewnia wyższy moduł sprężystości (o ok. 16). Wykazuje również przy tym typie obciążania korzystniejszy przebieg zniszczenia, cechujący się mniej gwałtownym spadkiem nośności po przekroczeniu maksimum naprężenia (rys. 5. Spośród badanych kompozytów ze wzmocnieniem szklanym, zarówno pod względem wytrzymałości, jak i modułu, szczególnie dobrze wypada kompozyt wzmocniony tkaniną jednokierunkową. Wykazuje on w kierunku promieniowym bardzo wysoką wytrzymałość (prawie 5 ) oraz korzystny przebieg zniszczenia (rys. 5. Jednocześnie, w kierunku osiowym, w którym 3 2 5 4 3 2 b ) tkanina Rys. 5. Przykładowe krzywe naprężenie-odkształcenie dla prób promieniowego ściskania pierścieni z rur kompozytowych: wzmocnionych włóknem szklanym, wzmocnionych włóknem węglowym Fig. 5. Exemplary stress-strain curves for radial compression of the rings cut from composite pipes: reinforced with glass fibre, reinforced with carbon fibre Na korzyść włókien szklanych, jako rur, przemawia bezpieczniejszy przebieg zniszczenia przy ściskaniu promieniowym. Pierścienie wzmacniane włóknem węglowym, szczególnie w postaci tkaniny, prezentowały gwałtowny, kruchy typ zniszczenia. Po osiągnięciu odkształcenia około 2 ulegały rozdziałowi na kilka części (rys. rys. 5b oraz 6c). Tymczasem pierścienie z kompozytu z włóknem szklanym nie ule- rękaw

Rury kompozytowe o różnych strukturach wytworzone metodą RTM 249 gały całkowitemu rozerwaniu nawet przy odkształceniu przekraczającym 4 (rys. rys. 5a oraz 6d). c) Rys. 6. Pierścienie rur kompozytowych: wzmocnienie tkaniną węglową - przed próbami mechanicznymi, wzmocnienie tkaniną węglową - po próbie ściskania osiowego, c) wzmocnienie tkaniną węglową - po próbie ściskania promieniowego, d) wzmocnienie jednokierunkową tkaniną szklaną - po próbie ściskania promieniowego Fig. 6. Rings cut from composite pipes: reinforced with carbon plainweave fabric - before compression tests, reinforced with carbon plain-weave fabric - after axial compression, c) reinforced with carbon plain-weave fabric - after radial compression, d) reinforced with glass unidirectional fabric - after radial compression Uzyskanie wysokiego poziomu właściwości mechanicznych przy relatywnie niskich udziałach objętościowych włókien świadczy o dużym potencjale metody RTM w zakresie wytwarzania rur kompozytowych i konieczności oraz celowości dalszych prac nad jej modyfikacją. Prace te powinny skupić się w pierwszej kolejności na projektowaniu i modyfikacji metodyki wytwarzania preform. Należałoby modernizować również formy, dążąc do nadania im możliwości regulacji docisku preformy. Działania te powinny mieć na celu zwiększenie udziału objętościowego włókien w wytwarzanych kompozytach. WNIOSKI Przeprowadzone prace technologiczne oraz wykonane badania pozwalają na sformułowane następujących wniosków: 1. Rury kompozytowe, wzmocnione zarówno włóknami szklanymi, jak i węglowymi, cechują się doskonałymi właściwościami mechanicznymi. d) 2. Przy podobnym ułożeniu w rurze kompozyty z włóknem węglowym wykazują istotnie wyższy moduł sprężystości przy ściskaniu promieniowym w porównaniu z kompozytami na bazie włókna szklanego. 3. Pod względem wytrzymałości i modułu szczególnie dobrze wypada kompozyt z rury wzmocnionej tkaniną szklaną jednokierunkową. Ma on bardzo dużą wytrzymałość i korzystny przebieg zniszczenia w kierunku promieniowym, natomiast w kierunku osiowym wypada niewiele gorzej od pozostałych kompozytów. 4. Kompozyt wzmocniony rękawem włókna węglowego wykazuje wyższy moduł i korzystniejszy przebieg zniszczenia przy ściskaniu promieniowym w porównaniu z kompozytem wzmocnionym tkaniną. Wypada jednak nieco gorzej pod względem wytrzymałości. 5. Udziały objętościowe włókien w wytworzonych kompozytach nie są na zadowalającym poziomie, a mimo to uzyskane właściwości mechaniczne należy uznać za bardzo dobre. Świadczy to o dużym potencjale metody RTM w zakresie wytwarzania rur kompozytowych i konieczności oraz celowości dalszych prac nad jej modyfikacją. Powinny one objąć głównie projektowanie i wytwarzanie preform oraz form pod kątem zwiększenia udziału włókien w wytwarzanych kompozytach. LITERATURA [1] Srivastava V.K., Kawada H., Fatigue behaviour of aluminafibre-reinforced epoxy resin composite pipes under tensile and compressive loading conditions, Composites Science and Technology 21, 61, 2393-243. [2] http://pipexcompositepipes.com (3.1.29) [3] www.tankinetics.com (3.1.29) [4] www.iel.wroc.pl (3.1.29) [5] Wakayama S., Kobayashi S., Imai T., Matsumoto T., Evaluation of burst strength of FW-FRP composite pipes after impact using pitch-based low-modulus carbon fiber, Composites: Part A 26, 37, 22-21. [6] Buarque E.N., d Almeida J.R.M., The effect of cylindrical defects on the tensile strength of glass fiber / vinyl-ester matrix reinforced composite pipes, Composite Structures 27, 79, 27-279. [7] Śleziona J., Podstawy technologii kompozytów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998. [8] Vedvik N.P., Gustafson C.-G., Analysis of thick walled composite pipes with metal liner subjected to simulaneous matrix cracking and plastic flow, Composites Science and Technology 28, 68, 275-2716. [9] Dyląg Z., Jakubowicz A., Orłoś Z., Wytrzymałość materiałów, Tom I, WNT, Warszawa 1996.