Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
1
Reinforcement-Matrix Interface Beban yang diterima oleh matriks akan dipindahkan kepada bahan tetulang melalui antaramuka/antarafasa Oleh itu antaramuka di antara bahan tetulang dan matriks mestilah baik Antaramuka yang baik-menghasilkan kekakuan dan kekuatan yang baik tapi keliatan yang rendah Antaramuka yang lemah-menghasilkan kekakuan dan kekuatan yang rendah tapi keliatan yang tinggi
2
Kebolehbasahan/Wettability Didefinasikan sebagai keupayaan cecair untuk membasahi permukaan pepejal Ini kerana semasa pemprosesan, matriks seharusnya berada dlm keadaan cecair dan matriks harus berupaya membasahi permukaan tetulang (pepejal)
3
Drops of water on a hydrophobic surface Kebolehbasahan/Wettability
4
Kebolehbasahan (Wettability) Pembasahan akan berlaku apabila kelikatan matriks tidak terlalu tinggi - Kaitan antara pembasahan dengan tenaga permukaan, pertimbangkan filem cecair yang nipis pada permukaan pepejal Figure
5
Kebolehbasahan (Wettability) Setiap permukaan ada tenaga, dan tenaga bebas pada setiap permukaan ialah γSG, γLG dan γSL γSG = γLG cos θ + γSL θ adalah sudut sentuhan dan boleh digunakan untuk mengukur darjah kebolehbasahan
6
Kebolehbasahan (Wettability) cos θ = (γSG – γSL)/ γLG - jika θ = 180º, drop berbentuk sfera, tiada pembasahan berlaku θ = 0, pembasahan sempurna berlaku. - 0º<θ<180º, darjah kebolehbasahan meningkat dengan berkurangnya θ. Kebiasaannya cecair tidak akan membasahi pepejal sekiranya θ>90º
7
These three quantities determine whether the liquid spreads over the solid, or not; whether it "wets" it. This is judged by the contact angle,. This is judged by the contact angle,. Drops of water on a textile surface before and after addition of wetting agent
8
Soalan 2002/2003 Kenalpasti dengan menggunakan kaedah pengiraan untuk menentukan samada gentian alumina boleh digunakan sebagai bahan tetulang dalam resin epoksi dan polietilena. Di dapati tenaga antara muka bagi resin epoksi ialah 40 mJ/m2 dan polietilena ialah 30 mJ/m2, sementara bagi gentian alumina ialah 1100 mJ/m2. Andaikan tenaga permukaan bagi alumina dengan epoksi ialah 1071.7 mJ/m2 manakala bagi alumina dengan polietilena ialah 1105.21 mJ/m2
9
2 Mode Kegagalan pada Antarafasa Sukar untuk mengukur kekuatan antarafasa kerana terdapat kemungkinan kegagalan berlaku pada antarafasa atau tidak 1) Kegagalan adhesif- kegagalan yg berlaku pada antarafasa 2) Kegagalan Kohesif- kegagalan berlaku pada gentian atau matriks
11
Ikatan pada Antarafasa Beban yg dikenakan pada bahan komposit akan dipindahkan drp matriks kepada bahan tetulang melalui antarafasa yg sempurna Antarafasa yg sempurna diperlukan dlm PMC dan MMC – bagi memperolehi kebaikan kekakuan dan ‘load –bearing capacity’ yg ada pada bahan tetulang Dlm CMC, antarafasa yg lemah diperlukan- utk meningkatkan keliatan
12
Dlm PMC, permukaan gentian dirawat utk meningkatkan pelekatan Sbg cth., gentian kaca dirawat dengan gelatin, starch gum, hydrogented vegetable oil, dll utk melindungi gentian drp persekitaran & memudahkan pengendalian. Kaedah ini dipanggil ‘sizing’ Agen pengkupel juga diperkenalkan utk meningkatkan ikatan pada antarafasa
13
Factors leading to good polymer- filler bonding
14
Jenis-jenis ikatan pada antafasa 1)Ikatan mekanikal 2)Ikatan elektrostatik 3)Ikatan kimia 4)Ikatan tindakbalas (reaction)
15
Ikatan mekanikal - Penguncian mekanikal (Mechanical interlocking) antara 2 permukaan seperti dalam gambarajah di bawah menghasilkan jenis ikatan ini. -Permukaan yang tidak licin (rough) akan meningkatkan ikatan mekanikal ini
16
Ikatan mekanikal ini lebih efektif sekiranya daya dikenakan selari dengan antarafasa (daya ricih) Sekiranya daya tegangan dikenakan, kekuatannya adalah rendah melainkan wujud bentuk “A” yang banyak pada antarafasa tersebut Kebiasannya ikatan mekanikal akan wujud barsama-sama dengan ikatan-ikatan lain pada antarafasa.
17
Ikatan Elektrostatik -Ikatan yang terbentuk apabila satu permukaan bercas positif dan satu permukaan lagi bercas negatif (rujuk Rajah di atas) -Ikatan ini terbentuk dalam julat yang pendek di mana Ianya efektif dalam jarak yang dekat sahaja - Gas-gas yang terperangkap dan pencemaran permukaan (surface contamination) akan mengurangkan keberkesanan ikatan ini
18
Ikatan Kimia Merupakan ikatan yang terbentuk di antara kumpulan2 kimia pada permukaan bahan tetulang (X) dan kumpulan2 compatible pada permukaan matriks (R) Kekuatan ikatan kimia ini bergantung kepada bilangan ikatan per unit luas
19
Ikatan kimia kebiasaannya terbentuk disebabkan penggunaan agen pengkupel. Sebagai contoh, silane digunakan utk meningkatkan ikatan di antara kumpulan oksida (pada permukaan kaca) dengan molekul dalam matriks polimer.
20
Contoh ikatan kimia yang terbentuk apabila menggunakan agen pengkupel silane
21
Coupling Agents To improve interaction between filler and polymer, by modifying filler surfaces Used in low concentration (e.g. 0.1%), silane coupling agent- give rise to significant improvements in mechanical properties
22
Silver (Ag) filled epoxy composites; with the addition of silane coupling agent (3APTES)
23
Flexural Properties of Treated and Untreated Ag/Epoxy Composites Silver (Ag) filled epoxy composites; with the addition of silane coupling agent (3APTES)
24
After surface treatment of Ag, the dispersivity of Ag nanoparticles in epoxy system is remarkably improved. (a). 5 vol.% of untreated system(b). 5 vol.% of treated system 155× Light microscopy micrographs reveal the degree of dispersivity Ag in epoxy matrix before and after chemical treatment of Ag Silver (Ag) filled epoxy composites; with the addition of silane coupling agent (3APTES)
25
Ikatan tindakbalas Berlaku di mana atom atau molekul pada permukaan matriks dan bahan tetulang akan meresap (interdiffuse) -Bagi antarafasa yang melibatkan polimer, molekul2 yang mengalami intertwining/ entanglement akan Mempengaruhi ikatan ini
26
Contoh dalam sistem yang melibatkan logam dan seramik, interdiffusion spesis2 akan menghasilkan lapisan antaramuka (rujuk g/rajah) Dalam MMC, lapisan antaramuka kebiasaannya adalah lebih rapuh, dikenali sebagai intermetallic compound Lapisan antaramuka wujud dalam matriks seramik dan logam kerana pepmprosesan yang digunakan adalah pada suhu tinggi dan kadar resapan adalah tinggi pada suhu tinggi (Arrhenius equation)
27
Kaedah untuk mengukur kekuatan ikatan antarafasa Ujian Gentian tunggal Ujian Tarikan Keluar Gentian (a) Prinsip mudah tetapi sukar dilakukan terutama utk gentian halus dan rapuh Drp keputusan plot tegasan & terikan, kekuatan antarafasa, tenaga debonding dan tenaga pull-out dapat dikenalpasti
28
Ujian Tarikan Keluar Gentian (a)
29
Ujian Mampatan utk Kekuatan Ricih a/fasa (b) Kekuatan ricih antarafasa (ζ 1 ) dapat dikenalpasti dengan specimen spt g/r (b) Apabila specimen dikenakan ujian mampatan, tegasan ricih terbentuk dihujung2 gentian kerana perbezaan elastik gentian & matriks Debonding pada hujung gentian berlaku akibat tegasan ricih ζ 1 ~ 2.5 σ c (σ c ditentukan apb debonding mula berlaku pd hujung gentian- mudah sekiranya menggunakan matriks transparent)
31
Ujian Mampatan utk Kekuatan Tegangan a/fasa (c) Debonding disebabkan oleh tegasan tegangan diperolehi dengan menggunakan spesimen (c) Pada tegasan mampatan σ c, kekuatan tegangan pada antaramuka σ 1 dicapai dan debonding berlaku σ 1 = C σ c, C adalah constant bergantung kepada nisbah Poisson dan Young Modulus gentian & matriks
32
Ujian Pukal Kaedah yang paling mudah & digunakan secara meluas B = lebar D = tebal S = pjg span
33
Pada beban, P, max tegasan tegangan σ pada bahagian bawah sampel diberi oleh σ = 3PS/2D 2 B………(1) P= Beban, S=Pjg span, D= tebal B=lebar Utk mengenalpasti kekuatan tegangan pd antarafasa, gentian dlm bentuk serenjang dengan pjg sampel digunakan. dengan pjg sampel digunakan. Kekuatan tegangan pd antarafasa dikira dengan memasukkan nilai beban gagal kedlm formula (1)
34
Sampel yang mempunyai gentian yang selari dengan pjg sampel akan gagal dalam keadaan ricih pd antarafasa. Tegasan ricih adalah maximum pd tengah sampel, ζ = ¾( P/BD)…………..(2) Gabungkan formula (1) dan (2), ζ/σ = D/2S ζ/σ = D/2S Sampel yang pendek dan tebal meningkatkan kegagalan ricih Ujian ini dikenali sbg short-beam bend test atau interlaminar shear test (ILSS)
35
Ujian Micro-indentation Menggunakan ujian kekerasan micro- indentation Mudah kerana tidak memerlukan penyediaan sampel Indentor ditekankan menggunakan beban tertentu, P pada tengah gentian, menyebabkan gentian mengelincir sepanjang antarafasa Sesuai digunakan utk CMC
36
Sifat-Sifat Komposit Ketumpatan dan Heat Capacity Kedua-dua sifat ini boleh dijangkakan dengan Hukum Percampuran. Ketumpatan, ρ c = ρ m V m + ρ f V f Heat Capacity,C c =(C m ρ m V m + C f ρ f V f )/ ρ c V= pecahan isipadu, m=matriks, c=komposit, f= gentian, C= heat capacity
37
Modulus Elastik Terdapat 2 Model utk menjangkakan sifat modulus elastik bagi komposit (1) Keadaan Sama Terikan (Isostrain condition) - Beban dikenakan dalam arah gentian, assume equal deformation in the components - Beban dikenakan dalam arah gentian, assume equal deformation in the components (2) Keadaan Sama Tegasan (Isostress condition) - Gentian berada dalam keadaan perpendicular dengan tegasan yang dikenakan - Gentian berada dalam keadaan perpendicular dengan tegasan yang dikenakan
38
Modulus Elastik vs V f dibawah keadaan isostress dan isostrain, perhatikan bahan yg dibebankan dlm keadaan isostrain menunjukkan modulus yg tinggi
39
Kekuatan Nilai kekuatan sukar utk dijangkakan dengan menggunakan Hukum Percampuran, ini kerana kekuatan merupakan sifat yang sangat sensitif terhadap struktur - Sebagai contoh, struktur matriks dan gentian boleh berubah sewaktu pemprosesan
40
Keliatan Keliatan bergantung kepada beberapa faktor: 1)Komposisi dan mikrostruktur matriks 2)Jenis, saiz dan orientasi gentian 3)Pemprosesan yg dilakukan ke atas komposit, yg memberi kesan ke atas mikrostruktur, spt keliangan, taburan gentian, dll
41
Kegagalan dalam Komposit Dalam mengenalpasti kegagalan komposit, mikrostruktur sgt penting Pertimbangkan komposit dengan terikan kegagalan gentian kurang daripada terikan kegagalan matriks. Terdapat 2 jenis kegagalan dlm komposit ini 1)Kegagalan tunggal 2)Kegagalan Banyak (multiple)
42
Kegagalan tunggal Apabila gentian gagal, matriks tidak berupaya untuk menanggung beban, jadi komposit akan gagal dalam satu satah
43
2) Kegagalan Banyak (multiple) Berlaku apabila gentian akan gagal dalam beberapa segmen sehingga terikan kegagalan matriks dicapai
44
Common structural defect in composites Matrix-rich (fiber-poor) regions Voids Micro-cracks (may be due to thermal mismatch between the components, curing stresses, or absorption of moisture during processing) Debonded regions Delamination regions Variation in fiber alignment
Similar presentations
© 2024 SlidePlayer.com Inc.
All rights reserved.