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. 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


التحقيق التجريبي والتنبؤ بالآثار طويلة المدى للأحمال المستمرة والبيئات البحرية على مركبات البوليمر المقوى بالألياف

في هذه الأطروحة تم التحقق من متانة مركبات التصلب الحراري تحت الحمل المستمر. تم غمر مركبين متصلين بالحرارة، الزجاج الإلكتروني / الإيبوكسي والزجاج الإلكتروني / البولي يوريثين في مياه البحر تحت الحمل المستمر (10%، 15%، 20%، 25% من حمل الفشل) ودرجات حرارة متفاوتة (23 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية) لمدة 15 شهراً. تم دراسة الخصائص الميكانيكية والفيزيائية والحرارية تجريبياً. تمت دراسة تأثير درجة الحرارة والرطوبة وزمن الانغماس على تدهور المادة المركبة لكلا المركبين. لوحظ أن وزن العينات يزداد مع زمن الغمر ودرجة الحرارة لكلا المركبين. كانت أعلى زيادة في وزن العينات تحت 15% من الحمل المستمر (15% من حمل الفشل) 2.5% و1.9% لمركبات E-glass/epoxy و E-glass/polyurethane على التوالي لفترة الغمر لمدة 15 شهراً عند 65 درجة. انخفضت مقاومة الشد لمركب الزجاج الإلكتروني/الإيبوكسي المغمور عند 65 درجة مئوية إلى 89٪ و 82٪ من قيمتها الأصلية بعد 15 شهراً من الغمر في مياه البحر دون تحميل و15٪ حمل مستمر (15% من حمل الفشل) على التوالي. وبالمثل ، فإن مقاومة الشد لمركب الزجاج الإلكتروني/البولي يوريثين المغمور عند 65 درجة مئوية تقلص إلى 65٪ و 62٪ من قيمته الأصلية بعد 15 شهراً من الغمر في مياه البحر دون تحميل ومع 15٪ حمل مستمر (15٪ من حمل الفشل) على التوالي. تم إجراء تحليل المسعر التفاضلي (DSC) وتحليل المجهر الإلكتروني (SEM) لتقييم تدهور واجهة مصفوفة الألياف. أظهرت النتائج أن الرطوبة ودرجة الحرارة والحمل المستمر لها تأثير سلبي على أداء المركب. لوحظ أن آلية التحلل المتسارعة عند درجات الحرارة المرتفعة تؤدي إلى انهيار الروابط الكيميائية بين المصفوفة والألياف عند السطح البيني. علاوة على ذلك ، تم استخدام هذه البيانات التجريبية لتطوير نموذجين للتنبؤ للتنبؤ بقوة الشد لمركبين للتعرض طويل المدى في مياه البحر. تم استخدام نماذج التنبؤ هذه للتنبؤ بالبيانات غير المرئية. كانت نتائج جميع النماذج متوافقة بشكل جيد مع البيانات التجريبية.

Download

Share

COinS