The adhesion of plasma nanocoatings controls the shear properties of GF/polyester composite
Loading...
Date
2021-02-16
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
High-performance fibre-reinforced polymer composites are important construction materials based not only on the specific properties of the reinforcing fibres and the flexible polymer matrix, but also on the compatible properties of the composite interphase. First, oxygen-free (a-CSi:H) and oxygen binding (a-CSiO:H) plasma nanocoatings of different mechanical and tribological properties were deposited on planar silicon dioxide substrates that closely mimic E-glass. The nanoscratch test was used to characterize the nanocoating adhesion expressed in terms of critical normal load and work of adhesion. Next, the same nanocoatings were deposited on E-glass fibres, which were used as reinforcements in the polyester composite to affect its interphase properties. The shear properties of the polymer composite were characterized by macro- and micromechanical tests, namely a short beam shear test to determine the short-beam strength and a single fibre push-out test to determine the interfacial shear strength. The results of the polymer composites showed a strong correlation between the short-beam strength and the interfacial shear strength, proving that both tests are sensitive to changes in fibre-matrix adhesion due to different surface modification of glass fibres (GF). Finally, a strong correlation between the shear properties of the GF/polyester composite and the adhesion of the plasma nanocoating expressed through the work of adhesion was demonstrated. Thus, increasing the work of adhesion of plasma nanocoatings from 0.8 to 1.5 mJ·m-2 increased the short-beam strength from 23.1 to 45.2 MPa. The results confirmed that the work of adhesion is a more suitable parameter to characterise the level of nanocoating adhesion in comparison with the critical normal load.
Vysoce výkonné vlákny vyztužené polymerní kompozity jsou důležité konstrukční materiály založené nejen na specifických vlastnostech výztužných vláken a pružné polymerní matrici, ale také na kompatibilních vlastnostech kompozitního mezifáze. Nejprve byly na planární substráty oxidu křemičitého, které úzce napodobují E-sklo, naneseny plazmové nanopovlaky bez obsahu kyslíku (a-CSi: H) a vázající kyslík (a-CSiO: H). K charakterizaci nanopovlakové adheze vyjádřené z hlediska kritického normálního zatížení a práce adheze byl použit nanorozprašný test. Dále byly stejné nanopovlaky naneseny na vlákna E-glass, která byla použita jako výztuhy v polyesterovém kompozitu, aby se ovlivnily jeho mezifázové vlastnosti. Smykové vlastnosti polymerního kompozitu byly charakterizovány makro- a mikromechanickými zkouškami, jmenovitě zkouškou krátkým paprskem ve smyku pro stanovení pevnosti krátkého paprsku a zkouškou tlakem z jednoho vlákna pro stanovení mezifázové smykové pevnosti. Výsledky polymerních kompozitů ukázaly silnou korelaci mezi pevností krátkého paprsku a mezifázovou pevností ve smyku, což dokazuje, že oba testy jsou citlivé na změny adheze vláknových matric v důsledku odlišné povrchové úpravy skleněných vláken (GF). Nakonec byla prokázána silná korelace mezi smykovými vlastnostmi GF / polyesterového kompozitu a adhezí plazmatického nanopovlaku vyjádřenou prostřednictvím práce adheze. Zvyšování práce adheze plazmových nanopovlaků z 0,8 na 1,5 mJ · m-2 tedy zvýšilo sílu krátkého paprsku z 23,1 na 45,2 MPa. Výsledky potvrdily, že práce adheze je vhodnějším parametrem pro charakterizaci úrovně adheze nanopovlaku ve srovnání s kritickým normálním zatížením.
Vysoce výkonné vlákny vyztužené polymerní kompozity jsou důležité konstrukční materiály založené nejen na specifických vlastnostech výztužných vláken a pružné polymerní matrici, ale také na kompatibilních vlastnostech kompozitního mezifáze. Nejprve byly na planární substráty oxidu křemičitého, které úzce napodobují E-sklo, naneseny plazmové nanopovlaky bez obsahu kyslíku (a-CSi: H) a vázající kyslík (a-CSiO: H). K charakterizaci nanopovlakové adheze vyjádřené z hlediska kritického normálního zatížení a práce adheze byl použit nanorozprašný test. Dále byly stejné nanopovlaky naneseny na vlákna E-glass, která byla použita jako výztuhy v polyesterovém kompozitu, aby se ovlivnily jeho mezifázové vlastnosti. Smykové vlastnosti polymerního kompozitu byly charakterizovány makro- a mikromechanickými zkouškami, jmenovitě zkouškou krátkým paprskem ve smyku pro stanovení pevnosti krátkého paprsku a zkouškou tlakem z jednoho vlákna pro stanovení mezifázové smykové pevnosti. Výsledky polymerních kompozitů ukázaly silnou korelaci mezi pevností krátkého paprsku a mezifázovou pevností ve smyku, což dokazuje, že oba testy jsou citlivé na změny adheze vláknových matric v důsledku odlišné povrchové úpravy skleněných vláken (GF). Nakonec byla prokázána silná korelace mezi smykovými vlastnostmi GF / polyesterového kompozitu a adhezí plazmatického nanopovlaku vyjádřenou prostřednictvím práce adheze. Zvyšování práce adheze plazmových nanopovlaků z 0,8 na 1,5 mJ · m-2 tedy zvýšilo sílu krátkého paprsku z 23,1 na 45,2 MPa. Výsledky potvrdily, že práce adheze je vhodnějším parametrem pro charakterizaci úrovně adheze nanopovlaku ve srovnání s kritickým normálním zatížením.
Description
Keywords
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en