Date of Award

6-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Prof. Abdel-Hamid I. Mourad

Second Advisor

Prof. Yaser Mohamed Greish

Third Advisor

Dr. A.S. Mohammad Sayem Mozumder

Fourth Advisor

Prof. Abdel-Magid Beckry

Abstract

In this dissertation the durability of thermoset composites was investigated under sustained load. Two thermoset composites, E-glass/epoxy and E-glass/polyurethane were immersed in seawater under sustained load (10%, 15%, 20%, 25% of failure load) and varying temperature (23°C to 95°C) for the period of 15 months. Mechanical, physical and thermal properties were experimentally investigated. The effects of temperature, moisture, and immersion time on the deterioration of the composite material were studied for both composites. It was observed that the weight of the samples increased with the immersion time and temperature for both the composites. The highest increase in weight of the samples under 15% sustained load (15% of failure load) was 6.3% and 5.4% for E-glass/epoxy and E-glass/polyurethane composites respectively for the immersion period of 15 months at 65°C. The tensile strength of the E-glass/epoxy composite immersed at 65°C reduced to 89% and 82% of its original value after 15 months of immersion in seawater without load and with 15% sustained load (15% of failure load) respectively. Similarly, the tensile strength of the E-glass/polyurethane composite immersed at 65°C reduced to 66% and 65% of its original value after 15 months of immersion in seawater without load and with 15% sustained load (15% of failure load) respectively. The Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Scanning Electron Microscope (SEM) analysis were conducted to evaluate the degradation of fiber matrix interface. Results revealed that moisture, temperature and sustained load have a deteriorative impact on the performance of the composite. It was observed that degradation mechanism accelerated at elevated temperature results in breakdown of chemical bonds between matrix and fiber at the interface. Furthermore, this experimental data was used for the development of two prediction models to predict the tensile strength of two composites for long term exposure in seawater. These prediction models were used to predict unseen data. The results of all models were in good agreement with the experimental data.

Arabic Abstract

في هذه الأطروحة، تم التحقق من متانة مركبات الصلب الحراري تحت الحمل المستمر. تم غمر مركبين متصلبين بالحرارة، الزجاج الإلكتروني/الإيبوكسي والزجاج الإلكتروني/البولي بروبيلين في مياه البحر تحت الحمل المستمر (10%، 7.5%، 7.0%، 6.5%، 2.5% من حمل الفشل) ودرجات حرارة مختلفة (23 درجة مئوية إلى 65 درجة مئوية) لمدة 15 شهرًا.

تمت دراسة الخواص الميكانيكية والفيزيائية والهندسية لهذه المركبات باستخدام عدة تقنيات اختبار. تم قياس زمن الانكسار عند تدهور الحالة الميكانيكية لكلا المركبين. لوحظ أن وزن العينات يزداد مع زمن الغمر ودرجة الحرارة لكلا المركبين. كانت أعلى زيادة في وزن العينات عند حمل مستمر (15% من حمل الفشل) لمركبات E-glass / epoxy و E-glass / polypropylene.

بالنسبة لمركب E-glass / epoxy، انخفضت مقاومة الشد بعد 15 شهرًا من الغمر عند 65 درجة مئوية إلى قيم تتراوح بين 79% و82% من قيمتها الأصلية في مياه البحر بدون تحميل. أما لمركب الزجاج الإلكتروني/البولي بروبيلين، فقد انخفضت مقاومة الشد إلى قيم تتراوح بين 62% و65% من قيمتها الأصلية عند نفس الظروف.

تم إجراء تحليل المسعر التفاضلي (DSC) وتحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لتقييم تدهور واجهة مصفوفة الألياف. أظهرت النتائج أن الرطوبة ودرجة الحرارة والحمل المستمر لها تأثير كبير على أداء المركب. لوحظ أن آلية الفشل تتسارع عند درجات الحرارة المرتفعة.

كما تم اعتبار التأثيرات الكيميائية بين مصفوفة البوليمر والألياف على السطح البيني. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام البيانات التجريبية لبناء نماذج تنبؤ لتقييم التدهور طويل المدى لهذه المركبات في مياه البحر. أظهرت نماذج التنبؤ توافقًا جيدًا مع البيانات التجريبية.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: مركب الزجاج/الإيبوكسي، مركب الزجاج/البولي بروبيلين، متانة طويلة المدى، مياه البحر، درجة حرارة، الخواص الميكانيكية.

Download

Share

COinS