Date of Award

12-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical and Aerospace Engineering

First Advisor

Abdel-Hamid Mourad

Third Advisor

Basim Abu-Jdayil

Abstract

The concept of reinforced composites came decades ago from the need to fabricate high-strength, heat-resistant, wear-resistant, and low-density materials. The polymer matrix composites offer a wide range of applications due to the collaborative nature of the functional fillers and polymers present. Towards the twenty-first century, the aviation industry flourished due to flying being the preferred way of travel across states and countries. With such a massive demand for air transport, there is an equally parallel demand for the production of aircraft components. This study aims to reuse the waste of uncured composite prepreg scraps from the ply-cutting manufacturing process in the aerospace industry, avoiding the disposal of this waste, expenses associated with its incineration, and resin loss. This study utilized the cut-off/waste material produced at STRATA company while manufacturing aircraft components. These composite sheets were manufactured by curing a stacked layer of carbon fibers impregnated in resin and a small percentage of glass fibers. The cut-offs were reduced to powder form using a conventional face milling machine in three different sizes (90, 150, and 250 μm). Four different wt% (10%, 20%, 30%, and 40%) of the recycled powder were utilized to fabricate vinyl ester composites.
The prepared composite samples were tested to evaluate the mechanical and physical properties of the composite. Results show that the maximum tensile strength and maximum flexural strength were 36.59 MPa and 74.5 MPa, respectively, with 20 wt% of rCFC for 90 μm sized fibers. However, the highest compression strength was obtained as 244 MPa with 10 wt% of rCFC for 90 μm sized fibers. The tensile, flexural, and compression strength decreased with the further addition of reinforcement. These results were supported by scanning electron microscopy. The non-uniform distribution was observed with porosity and large cavities in the composite, which may result in decreased mechanical properties with the addition of the large reinforcement fractions.
Furthermore, thermal conductivity and DSC analysis were performed to evaluate the thermal properties of the composites. The pure vinyl ester composite sample’s glass transition temperature (Tg) was 52.92°C. The Tg varied about 57±1°C for composites with different weight percentages and sizes of the reinforcement. The thermal conductivity increased with an increase in the reinforcement as expected, but the results were misleading at higher addition of the reinforcement due to the increased porosity.

Arabic Abstract


إعادة تدوير القصاصات المركبة من ألياف الكربون/الايبوكسي: المعالجة والتوصيف

نشأ مفهوم المركبات المقواة منذ حوالي عقود و انبثقت من الحاجة إلى تصنيع مواد عالية القوة ومقاومة للحرارة ومقاومة للتآكل ومنخفضة الكثافة. حيث تقدم مركبات مصفوفة البوليمر مجموعة واسعة من التطبيقات بسبب الطبيعة التعاونية للحشوات الوظيفية والبوليمرات الموجودة. مع اقترابنا من القرن الحادي والعشرين، يُنظر إلى صناعة الطيران بنظره ازدهار بسبب اعتبار الطيران هو الطريقة المفضلة للسفر، سواء عبر الدول أو البلدان. مع هذا الطلب، هناك طلب موازٍ على إنتاج مكونات الطائرات. في هذا البحث، كان تركيز الدراسة على إعادة تدوير مركبات ألياف الكربون التي تم الحصول عليها من شركة ستراتا. استخدمت هذه الدراسة مواد القطع/النفايات الناتجة أثناء تصنيع مكونات الطائرات. تم تصنيع هذه الألواح المركبة من خلال معالجة طبقة مكدسة من ألياف الكربون المشبعة بالابوكسي ونسبة صغيرة من الألياف الزجاجية. تم تقليل القطع إلى شكل مسحوق باستخدام ماكينة تفريز تقليدية بثلاثة أحجام مختلفة (90، 150، 250 ميكرون). تم استخدام أربعة نسب للأوزان (10%، 20%، 30%، 40%) من المسحوق المعاد تدويره لتصنيع مركبات إستر الفينيل.
تم اختبار العينات المركبة المعدة لتقييم الخواص الميكانيكية والفيزيائية للمركب. أوضحت النتائج أنه تم الحصول على أقصى مقاومة شد وأقصى مقاومة للانعطاف باستخدام 20٪ بالوزن من rCFC لجزيئات بحجم 90 ميكرومتر.ومع ذلك، كانت مقاومة الانضغاط أعلى مع 10% بالوزن من rCFC لجسيمات حجم 90 ميكرومتر. انخفضت قوة الشد والانثناء والضغط مع إضافة المزيد من مسحوق المعاد تدويره. تم دعم هذه النتائج بالمجهر الإلكتروني الماسح. تم إجراء تحليل SEM لمعرفة توزيع المسجوق في إستر الفينيل. لوحظ ان التوزيع غير المنتظم مع المسامية والتجاويف الكبيرة في المركب مما قد ينتج عنه انخفاض في الخواص الميكانيكية للمركب مع إضافة كمية كبيرة من التسليح. علاوة على ذلك، تم إجراء تحليل الموصلية الحرارية وتحليل DSC لتقييم الخواص الحرارية للمركبات .

Download
COinS