MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav nauky o dřevě
Vlastnosti lepeného spoje uhlíkových vláken a dřeva Bakalářská práce
2012/2013
Jiří Harok
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Vlastnosti lepeného spoje uhlíkových vláken a dřeva zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby byla moje bakalářská práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendlovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora Mendlovy univerzity o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.
Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.
V Brně, dne: ….............................. podpis studenta ….......................................
Poděkování:
Děkuji všem lidem, kteří mi pomáhali s bakalářskou prací, zejména Ing. Janu Tippnervi, Ph.D. za konzultace a vedení této práce. Také děkuji všem lidem kteří mne v průběhu studia podporovali, zejména mým rodičům. JIŘÍ HAROK
JIŘÍ HAROK
Vlastnosti lepeného spoje uhlíkových vláken a dřeva
Properties of the bond carbon fiber and wood
Abstrakt: Bakalářská práce se zabývá posouzením vlivu různých lepidel a teplot na vlastnosti lepeného kompozitu dřevo-uhlíková vlákna. Pro porovnání vlastností lepidel byla zvolena zkouška na smykovou pevnost spoje. K experimentu byla použita překližovaná tělíska vyrobená z bukových dýh a jednosměrné tkaniny z uhlíkových vláken typ 50K, 125 g/m2. Zvolená epoxidová lepidla LH 260, LH 300, LH 3000 umožnila lisování za různých teplot, což vedlo k porovnání vlivu teploty na vlastnosti kompozitu. Bylo zjištěno, že lepidla a teploty lisování mají výrazný vliv na pevnost kompozitu v namáhání na smyk. Použitím lepidla s nejlepšími výsledky a jednosměrnou uhlíkovou tkaninou došlo k výraznému zlepšení pevnosti překližovaných tělísek v namáhání na smyk.
Klíčová slova: buk, epoxidové lepidlo, uhlíkové vlákno, teplota, smyk, pevnost.
Abstract: Bachelor thesis deals with an assessment of the influence of different adhesives and temperature on the properties of laminated composite wood and carbon fiber. The shear bond strength was choosen to test. Plywood bodies made of beech veneer and unidirectional carbon fiber fabrics type 50K, 125 g/m2 were used for this experiment. The chosen epoxy adhesives LH 260, LH 300, LH 3000 allow pressing at different temperatures, leading to compare the effect of temperature on the properties of the composite. Research was found influence of adhesive and pressing temperature on the strength of composite in the shear stress. Using adhesive with the best results and unidirectional carbon fabric was a significant improvement in the strength of plywood elements in the shear stress.
Keywords: beech, epoxy adhesive, carbon fiber, temperature, shear strength.
Obsah 1 ÚVOD...........................................................................................................................9 2 LITERÁRNÍ PŘEHLED.............................................................................................10 3 CÍL PRÁCE.................................................................................................................13 4 MATERIÁL A METODIKA.......................................................................................14 4.1 Výběr vhodného typu vláken...............................................................................14 4.1.1 Použitá uhlíková vlákna...............................................................................14 4.2 Lepidla.................................................................................................................15 4.2.1 Epoxidová pryskyřice LH 260 s odpěňovačem...........................................17 4.2.2 Epoxidová pryskyřice LH 300.....................................................................17 4.2.3 Epoxidová pryskyřice LH 3000...................................................................17 4.3 Teploty.................................................................................................................18 4.4 Použitá buková dýha...........................................................................................19 4.5 Použité stroje.......................................................................................................19 4.6 Výroba vzorků.....................................................................................................20 4.7 Zkoumané veličiny..............................................................................................22 4.8 Zkouška na smykovou pevnost spoje..................................................................23 4.9 Obecný charakter porušení vzorků......................................................................24 4.10 Postup zkoušky na smyk a vyhodnocení výsledků...........................................25 4.11 Statistické vyhodnocení výsledků.....................................................................26 4.11.1 Ověření předpokladů o datech..................................................................26 4.11.2 T – test.......................................................................................................26 4.11.3 Krabicové grafy.........................................................................................26 4.11.4 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 25 °C..............................................27 4.11.5 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 90 ºC...............................................29 4.11.6 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 120 ºC.............................................31 5 VÝSLEDKY...............................................................................................................33 5.1 Porovnání hodnot mechanické práce...................................................................33 5.2 Porovnání tuhosti.................................................................................................34 5.3 Porovnání meze pevnosti MOR..........................................................................35 5.4 Charakter porušení vzorků..................................................................................36 6 DISKUZE....................................................................................................................38 7 ZÁVĚR.......................................................................................................................39
8 SUMMARY................................................................................................................41 9 POUŽITÁ LITERATURA..........................................................................................43 10 SEZNAM OBRÁZKŮ..............................................................................................46 11 SEZNAM TABULEK...............................................................................................47 12 SEZNAM ZKRATEK...............................................................................................48 13 PŘÍLOHY.................................................................................................................49 13.1 Příloha č. 1. – popisná statistika........................................................................49 13.2 Příloha č. 2. – naměřené hodnoty v programu testXpert...................................52 13.3 Příloha č. 3. – pracovní diagramy vzorků s průměrnou hodnotou....................56
1 ÚVOD Dřevo je materiál, který lidstvo začalo využívat jako jeden z prvních. Tento materiál nás provází celou naší historií. Je to jeden z nejčastěji používaných konstrukčních materiálů díky jeho pozitivním vlastnostem. Dřevo je vyhledávané kvůli své nezaměnitelné textuře, která dotváří prostředí, ve kterém člověk žije; hustotě, která udává váhu dřeva a tím i jeho následné použití v leteckých modelech, nebo jako výztuh v dolech; dostupnosti téměř po celém světě; obnovitelnosti tohoto zdroje, který při správném hospodaření nedojde a ceně, díky které jsou některé druhy rozšířených dřevin dostupné a současně jsou exotické dřeviny velmi ceněné. Mezi nevýhody tohoto materiálu patří nízká odolnost vůči hoření, biologickým a biotickým škůdcům, anizotropní charakter dřeva a navlhavost, která mění rozměrové vlastnosti dřeva. Technologie použití uhlíkových vláken je naopak velice mladá, jedná se o dnešní „hi-tech“. Uhlíková vlákna mají oproti dřevu mnohem vyšší pevnost a tuhost, nízkou váhu, nízkou tepelnou vodivost, dobrou elektrickou vodivost a jsou nehořlavé, což je důvodem k výrobě kompozitů z těchto materiálů. Je zajímavé zkombinovat tradiční materiál jako je dřevo a moderní technologii uhlíkových vláken do kompozitu a porovnávat vlastnosti tohoto kompozitu s tímto tradičním materiálem. Kompozitní materiály jsou používány poměrně dlouhou dobu, proto je obtížné říci, kdy se začaly používat. Nejstarším zachovaným kompozitním materiálem je vysušená hlína s kousky slámy, která byla vyrobena asi roku 800 př. n. l. Tento kompozit používali pro své stavby egypťané. Dnes je použití kompozitních materiálů velmi rozsáhlé, běžně se používají v automobilovém, námořním a leteckém průmyslu, ve stavebnictví, ve vesmírných programech a v mnohých dalších odvětvích. Uhlíková vlákna a lepidlové směsi pro jejich spojování jsou však poměrně drahá a proto je výhodnější používat uhlíková vlákna k vyztužování matrice, než k samotným výrobkům. Z tohoto důvodu se v poslední době provádí a provádělo mnoho výzkumů na vyztužení různých výrobků ze dřeva. Je zkoumána vhodnost lepidlových směsí, dřevin, metod aplikace různých druhů uhlíkových vláken na dřevo. Některé metody se dnes již běžně používají, ale stále se zkoumají metody jednoduché aplikace při maximálním možném zlepšení vlastností kompozitu.
9
2 LITERÁRNÍ PŘEHLED Kompozit je materiálový systém složený nejméně ze dvou druhů materiálů (fází). Alespoň jeden je pevnější a tužší, proto se mu říká výztuž. Výztuž se označuje také jako materiál diskontinuální. Druhý kontinuální materiál má nižší mechanické vlastnosti. Tento podkladový materiál se označuje jako matrice. Materiály jsou makroskopicky rozeznatelné, dosahují vlastností nedosažitelných kteroukoliv složkou samostatně ani prostou sumací. (R. A. Bareš, 1988; JM. Berthelot, 1999). Při konstrukci kompozitních materiálu je nyní velký zájem o vyztužování materiály na bázi vláken, protože mají vysokou tuhost, pružnost, pevnost maximálně anizotropní strukturu. Tyto materiály mají různé uspořádání Jednosměrné uspořádání vláken zajišťuje nejvyšší možnou elastickou pevnost (V. Y. Varshavkii, Y. G. Korabeľnikov, 1995).
matrice a mají vláken. vláken.
Použití kompozitních materiálů vede nejen ke zvýšení mechanických, fyzických a chemických vlastností, ale také ke snížení opotřebení podkladového materiálu, čehož se využívá např. v leteckém průmyslu. (Harris, C. L. a D. Wyn-Roberts, 1968). Vláknité materiály mají vysokou mez pevnosti a pružnosti v podélném směru, ale samy o sobě nedisponují velkou pevností při působení tlakových sil. Proto se tyto materiály používají při výrobě kompozitů. Vyznačují dobrými mechanickými vlastnostmi při nízké váze. Při konstrukci prvku z těchto materiálů dojde přibližně k 30% úspoře váhy, než při použití hliníku. (Savage G., 1993) Termínem pokročilé kompozitní materiály se označují materiály, jejichž dominantní složkou jsou vláknité materiály. (Savage G., 1993) Kulík a Melzerová (2012) zkoumali optimalizaci tloušťky a materiálů použitých u nosníků z lepeného lamelového dřeva. Ve své práci zjistili, že nosníky vyztužené materiály z uhlíkových vláken mají při stejném zatížení nižší průhyb, než stejné nosníky vyztužené materiály ze skelných vláken. Neubauerová, Karmazínová a Pešek (2011) zkoumali únosnost kompozitních nosníků z jehličnatého dřeva s externí lepenou výztuží z polymerů s uhlíkovými vlákny. Zjistili, že vyztužení má větší význam pro nosníky s menší výškou (do 200×100 mm). U nosníků s větší výškou (nad 220×100 mm) nejsou rozdíly naměřených maximálních sil vyztužených a nevyztužených nosníků tak vysoké. P. Neubauerová (2012) zkoumala zesilování dřevěných nosníků lamelami s uhlíkovými vlákny. K slepení nosníku s lamelou došlo speciální epoxidovou lepidlovou směsí. Při tomto výzkumu se ukázalo, že je obtížné spojit dřevěný nosník s lamelou s uhlíkovými vlákny. Při zkoušce často docházelo k povolení lepeného spoje a oddělení lamely od nosníku. U nosníků, kde k oddělení výztužné lamely nedošlo bylo dokázáno výrazné zpevnění. P tomto experimentu se zjistilo, že došlo k oddělení lamely od nosníku z důvodu smykového napětí mezi těmito vrstvami. Smykové napětí tedy působí přímo ve vrstvě lepidla, lepidlo tedy musí toto zatížení snést. Ukázalo se, že tento problém pravděpodobně vznikl kvůli velké hladkosti lamel. 10
Při zkouškách nebo experimentálním měření na smykovou pevnost spoje může dojít k rozlepení, nebo roztržení lepeného spoje v lepidle. Tento jev se nazývá delaminace. Za delaminaci je považováno porušení soudržnosti uvnitř vrstvy lepidla; porušení lepeného spoje přesně mezi vrstvou lepidla a dřevem (v tomto případě nesmí zůstat spojená žádná vlákna dřeva s vrstvou lepidla); případně porušení dřeva, které je v rozmezí první ze dvou buněčných vrstev sousedících s vrstvou lepidla, a jehož charakter není ovlivněn odklonem vláken anebo strukturou letokruhu. Je charakterizováno hebkým vzhledem dřeva, která ohraničují mezi povrchem dřeva a vrstvou lepidla (ČSN EN 73 2835, 2002). Nebo také může dojít k porušení ve dřevě. To by mělo zpravidla nastat ve dřevě nebo v lepené spáře smykové plochy, tj. mezi zářezy pilou. Porušení by nemělo vzniknout mimo tuto oblast a porušení by nemělo být tvořeno z více než 50 % plochy přetržení lícové dýhy. (ČSN EN 49 0173, 2005) André A., Kliger R. a Olsson R. (2012) se zabývali posílením nosníku polymerem z uhlíkových vláken, konkrétně působením sil na tlakové straně nosníků vyztuženého tímto materiálem. Jedná se tedy o namáhání vyztuženého nosníku v tlaku rovnoběžně se směrem vláken. Zjistili, že posílení nosníku se stává nejúčinnější, pokud je posílen uhlíkovými vlákny na tahové i tlakové straně. Podobný experiment s obdobnými výsledky provedli také G. Gugudsize a F. Draškovič (2009) na Technické univerzitě v Bratislavě. Šilhan O. (2008) tvrdí, že materiály na bázi skelných vláken vláken poskytují vynikající parametry při zvyšování pevnosti prvků namáhaných jen po krátkou dobu. V místech trvale namáhaných napětím (např. ohybem nebo smykem) není vhodné používat tyto kompozity (na bázi skelných vláken) vzhledem k efektům porušení při tečení. Materiály na bázi uhlíkových vláken jsou pro tyto aplikace mnohem vhodnější. Výsledné vlastnosti pokročilých kompozitů nezáleží jen na vlastnostech fází (vláken a matrice), ale i na mezifázové oblasti mezi těmito komponenty (lepidlo). Tato mezifázová oblast má výrazný vliv na výsledné vlastnosti kompozitu. Vrstva vytvrzené lepidlové směsi přenáší napětí z matrice na vlákna, které mají vyšší mechanické vlastnosti a zároveň chrání vlákna před degradací. (L. Pilato a J. Michno, 1994) Výsledné vlastnosti kompozitů závisí na vlastnostech materiálů, z kterých se kompozit skládá. Na znalosti těchto materiálů závisí konstrukce kompozitu, která udává vlastnosti kompozitů. Existují obecné základní konstrukce kompozitních materiálů na bázi dřeva, ze kterých se jejich použitím, nebo jejich modifikací pro složitější kompozitní materiály na bázi dřeva kompozitní materiály vyrábějí. (J. Bodig a B. Jayne, 1993) Naše dřevina s nejvyšší pevností ve smyku je buk. (A. Požgaj a kol., 1997) A. Pirvu et al. (2004) zkoumali vlastnosti kompozitu vyrobeného z vinyl-esterové (VE) pryskyřice a uhlíkových nebo skelných vláken aplikovaných na dřevěný nosník. Při experimentu zjistili, že uhlíková vlákna mají v podélném směru vyšší mez pevnosti a pružnosti. V příčném směru se naměřené hodnoty téměř nelišily. Tento výzkum potvrdil vhodnost použití VE pryskyřice s uhlíkovými vlákny. 11
Šteller Š. (2009) zkoumal vhodnost PUR lepidla při vyztužení dřevěného lamelového nosníku uhlíkovými vlákny. Zjistil že PUR lepidlo je pro vyztužení vhodné a také, že efektivnost vyztužení ovlivňuje výskyt vad ve dřevě. Močovinoformaldehydové lepidlo je pro spoje namáhané na ohyb nevhodné, snižuje pevnost i pružnost celého kompozitu. (D. Jánská, 2009) Paučo A. (2012) Zkoumal možnosti úpravy žeber akustických kytar použitím uhlíkového vlákna. Při tomto výzkumu se zabýval umístěním uhlíkového vlákna v kompozitu, modul pružnosti a akustické vlastnosti. Zjistil, že fyzikálně-akustické vlastnosti jednotlivých žeber se odlišovali různým uložením uhlíkového vlákna v kompozitu. V. Jelínková (2009) ve své bakalářské práci zjišťovala rozsah vlivu předpětí uhlíkových vláken na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska. Zjistila, že předpnutí vláken má vliv na zvýšení pevnosti přibližně o 30 % a pružnosti přibližně o 20 %. V. Jelínková (2011) ve své diplomové práci zjišťovala vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna. Zjistila, že tepelná modifikace vzorků snižuje pevnost nejvýše o 5 % a vzorky, které nebyly vytvrzeny alespoň při 80 °C snížili svou pevnost až o 85 %.. D. Jánská (2009) ve své bakalářské práci zjišťovala vliv lepidla na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska vyztuženého uhlíkovými vlákny. Zjistila, že výběr lepidla má vliv na konečnou pevnost vzniklého kompozitu.
V rešerších je uvedena vhodná konstrukce vzorků a její nedostatky, které je třeba minimalizovat (k experimentu je vhodnou dřevinou buk (A. Požgaj a kol., 1997) vyztužený jednosměrnými vlákny (V. Y. Varshavkii, Y. G. Korabeľnikov, 1995) nejlépe uhlíkovými (Kulík a Melzerová, 2012). Tato vlákna je vhodné orientovat v podélném směru vzhledem k předpokládanému směru působení síly (Savage G., 1993). Také lze předpokládat, že nejvyšší smykové napětí bude působit ve vrstvě lepidla (P. Neubauerová, 2012) a může tak snadno dojít k delaminaci (ČSN EN 73 2835, 2002)). Také z nich lze zjistit vhodná lepidla (PUR (Š. Šteller, 2009), vinyl-esterové (A. Pirvu et al., 2004), epoxidové (P. Neubauerová, 2012)). Částečně je zpracována problematika nejvhodnějšího způsobu umístění uhlíkových vláken, zpracována je problematika umístění uhlíkových vláken vně zkušebního tělíska (André A.a kol., 2012), avšak v umístění uhlíkových vláken uvnitř existuje mnoho možností, z nichž jsou prozkoumány jen některé. Také chybí jednoznačné doporučení konkrétního lepidla, které má vhodné vlastnosti pro lepený spoj dřevo-uhlíková vlákna.
12
3 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce je experimentálně posoudit vliv lepidla použitého při spojování tkaniny z uhlíkových vláken a dřeva na smykovou pevnost spoje. Hlavní náplní je zvolit vhodná lepidla pro spojení těchto dvou materiálů, vedlejším cílem je zvolit vhodný způsob vyztužení dřeva uhlíkovými vlákny. Spojením těchto dvou materiálů by mělo dojít ke zvýšení mechanických vlastností dřeva, což by mělo umožnit používat například tenčí dřevěné prvky vyztužené uhlíkovými vlákny, nebo zvýšení mechanických vlastností prvků při zachování rozměrů. Vzorky těchto kompozitů budou lisovány při různých teplotách, aby se docílilo nejlepšího možného spojení dřeva s uhlíkovými vlákny. Porovnány budou vzorky slepené lepidlovými směsmi LH 260, LH 300, LH 3000, při teplotách 25 °C, 90 °C, 120 °C. Sledovány budou: mechanická práce do meze pevnosti, tuhost a mez pevnosti vzorků.
13
4 MATERIÁL A METODIKA K experimentálnímu měření byla využita zkušební tělíska vyrobená z bukových dýh a jednosměrné uhlíkové tkaniny. Jelikož cíl této práce je najít nejvhodnější lepidlo k výrobě kompozitů dřevo-uhlíková vlákna, byla zvolena konstrukce zkušebního tělíska vyrobeného metodou překližovaní. Toto uspořádání se dnes běžně používá k experimentům i v průmyslu a zajišťuje dobrou tvarovou stabilitu výrobků. Také je vhodná ke zjištění pevnosti lepidlové směsi. Zkušební tělíska se skládala z pěti vrstev. Zkušební tělísko si můžeme představit jako jednoduchou překližovanou desku skládající se ze tří vrstev dýhy. Uhlíková vlákna byla mezi tyto vrstvy vložena tak, že vlákna vrchní a spodní vrstvy byly souběžně s vlákny jednosměrné uhlíkové tkaniny. Středová vrstva byla na tyto vrstvy kolmo. Jednotlivé vrstvy překližky byly zhotoveny z loupané bukové dýhy o tloušťce 2,7 mm a jednosměrných uhlíkových vláken o plošné hmotnosti 125 g/m2. Buková dýha byla bez vážných vad. Takto zhotovená tělíska byla lisována při různých teplotách. Rozdílné teploty při lisování mají vliv na vlastnosti lepeného spoje. V našem případě byly zvoleny tři teploty podle doporučení výrobce lepidla a možností lisu, ve kterém byly vzorky lisovány.
4.1 Výběr vhodného typu vláken Při výběru vhodné výztuže bylo rozhodnuto o použití běžně dostupných materiálů ve formě vláken. Tyto materiály mají vysokou pevnost, tuhost a pružnost. Navíc se běžně prodávají ve formě vláken, tkanin, pláten a různých profilů. Jelikož se jednalo o plošnou aplikaci, byla pro jednoduchou manipulaci zvolena forma tkaniny nebo plátna. Z běžně dostupných vláken připadala v úvahu aramidová, čedičová, kovová, skelná a uhlíková vlákna. Aramidová vlákna mají průměrný modul pružnosti v tahu 400 GPa a průměrnou pevnost v tahu 4000 MPa. (Speciality Materials, Inc., 2013). Čedičová a skelná vlákna mají poměrně nízký průměrný modul pružnosti v tahu 60 - 100 GPa a zároveň vyšší průměrnou pevnost v tahu 1850 - 2150 MPa. Hlavní nevýhodou těchto vláken je jejich křehkost. (Basaltex, 2013, PPG Industries, 2001). Uhlíková vlákna mají vysoký průměrný modul pružnosti až 400 GPa a vysokou průměrnou pevnost v tahu až 4500 MPa. Pro manipulaci s kovovými vlákny jsou vyžadovány speciální nástroje, proto nebylo uvažováno o použití kovových vláken. (Havel Composites, 2013, Web.utk.edu)
4.1.1 Použitá uhlíková vlákna Uhlíková vlákna byla zvolena pro jejich dostatečnou pevnost, pružnost, tuhost, rychlou a jednoduchou manipulaci, při níž nevyžadují speciální nástroje. K experimentálnímu měření bylo možné použít samostatná uhlíková vlákna, s kterými by byla problémová manipulace, jednosměrnou uhlíkovou tkaninu, nebo plátno vyrobeného z uhlíkových vláken. Zkoušené vzorky budou namáhány ve smyku, což je namáhání na tah, tlak a krut. Největší namáhání jsme očekávali ve směru vláken, proto bylo rozhodnuto o použití jednosměrných uhlíkových vláken. Další výhodou těchto 14
vláken je jejich cena, jsou alespoň čtyřnásobně levnější než plátno z uhlíkových vláken. Jednosměrná uhlíková vlákna jsou velmi anisotropní, proto je nutné orientovat je podélně se směrem zatížení. K výrobě vzorků byla použita jednosměrná uhlíková vlákna typ 50K o plošné hmotnosti 125 g/m2 od výrobce Havel Composites. Jednosměrná uhlíková tkanina typ 50K, 125 g/m2 Tato tkanina (Obr. 1) má plošnou hmotnost 125 g/m2, lineární hustotu 3500-4000. Tloušťka těchto vláken je 0,20 mm. Tato tkanina se skládá z uhlíkových vláken spojených polyesterovou mřížkou o váze 3,5 g/m2. Pevnost těchto vláken v tahu je 3860 MPa, modul pružnosti v tahu je 342 Gpa. (Havel Composites, 2013)
Obr. 1: Jednosměrná uhlíková vlákna Havel composites 50K, 125 g/m2
4.2 Lepidla Při rozhodování o vhodných typech lepidel byly kladeny požadavky na vhodnost lepidlových směsí pro lepení použitých materiálů, dřeva a uhlíkových vláken. Největší důraz při výběru lepidel byl kladen na mechanické vlastnosti lepidel. Fyzikálním a chemickým vlastnostem lepidel byla při výběru lepidel přikládána menší váha z důvodu předpokládaného použití kompozitů v běžných podmínkách. Bylo také uvažováno o použití různých druhů lepidel při různých lisovacích teplotách, což bylo nakonec zamítnuto, z důvodu nemožnosti porovnání vlastností těchto lepidel při různých lisovacích teplotách. Dalším důvodem bylo, že vzorky pro tuto bakalářskou práci byly lisovány současně s vzorky pro diplomovou práci V. Jelínkové, která vzorky následně tepelně modifikovala. Také z těchto důvodů byla zvolena lepidla epoxidová. Epoxidové pryskyřice Epoxidové pryskyřice „překonávají“ většinu dalších pryskyřic v mechanických vlastnostech. Mají také dobrou houževnatost, odolnost proti únavě a tečení, výbornou adhezi k vláknům. Epoxidové pryskyřice jsou snadno vytvrditelné v rozsahu teplot od 5 15
do 150 °C. Vytvrzení těchto pryskyřic leze urychlit zvýšením teploty v lisu. Vytvrzování za vyšších teplot zvyšuje konečné mechanické vlastnosti materiálu. (Havel Composites, 2013). Epoxidové pryskyřice se navíc běžně používají k lepení kompozitů na bázi uhlíková vlákna – dřevo v praxi i experimentálním měřením. Z těchto důvodů byla vybrána epoxidová lepidla LH 260, LH 300, LH 3000 (Obr. 2). Další vhodná lepidla V tomto přehledu jsou uvedena lepidla, která se používají pro výrobu kompozitů z uhlíkových vláken, bylo však rozhodnuto o nepoužití těchto lepidel z důvodu nízkých mechanických vlastností, nízkých lisovacích teplot, apod. Polyesterové pryskyřice Polyesterové (PES) pryskyřice jsou často používané, levnější než epoxidové a dobře smáčí skelná vlákna. Jsou ale poměrně křehké, méně teplu odolné a pevnost vazby matrice - skelné vlákno je menší. Výrobce neuvádí možnost použít PES pryskyřici s uhlíkovými vlákny. Výrobce pro PES pryskyřice obecně uvádí tyto pevnosti: v tahu 190 MPa, v ohybu 240 MPa. (Havel Composites, 2013, Kořínek, 2009). Vzhledem k zjištění z práce P. Neubauerové, že budeme potřebovat pryskyřici s velkou pevností a PES pryskyřice je navíc křehká, bylo rozhodnuto nepoužít tento typ pryskyřice. Vinylesterové pryskyřice Vinylesterové pryskyřice (VE) jsou vhodné pro výrobu kompozitů vyztužených skelnými, nebo uhlíkovými vlákny, se kterými dobře reagují a vytvářejí tak velmi odolné kompozity. Jsou používány pro svou velmi dobrou odolnost tepelnou, chemickou, mechanickou i proti povětrnosti. VE mají nižší stupeň zesítění než EP, proto mají větší ohebnost a odolnost proti tvorbě trhlinek. Běžně se používají k výrobě vinylesterových rour, nádrží, lopatek větrných elektráren, v letectví a v dopravě. Pevnost v tahu je 70-85 MPa. Modul pružnosti v tahu je 3-3,5 GPa. (Koříněk, 2009, Mendelu.cz, 2013). Tato pryskyřice nebyla zvolena kvůli nemožnosti tepelného dotvrzování, vyšší ceny, navíc nebyla dostupná u lokálního prodejce. Polyurethanové pryskyřice Polyurethany (PU) jsou houževnatější než polyesterové pryskyřice. Jejích hlavní výhodou je větší rázová houževnatost a větší odolnost proti únavě. Mají dobrou adhezi k vláknům a jsou poměrně levné. Pro výrobu kompozitů jsou vhodné dvousložkové polyurethanové pryskyřice. Životnost namíchané směsi (doba tekutosti) bývá asi 20 minut. Pryskyřice jsou kompatibilní se stávající povrchovou úpravou skleněných vláken (Kořínek, 2009). V experimentu Š. Šteller ověřil vhodnost použití PU pryskyřice s uhlíkovými vlákny, tento experiment byl však ojedinělý a bylo o něm dostupno málo informací. Proto bylo rozhodnuto tuto pryskyřici nepoužít.
16
4.2.1 Epoxidová pryskyřice LH 260 s odpěňovačem Epoxidová pryskyřice LH 260 je vhodná pro zvýšenou teplotní odolnost. Pryskyřici je možno použít k výrobě lodí, leteckých modelů, sportovního nářadí, forem, nástrojů a odlitků. LH 260 nekrystalizuje a vyznačuje se nízkou viskozitou. Pryskyřice s tužidlem vytvoří před laminací nízkoviskózní systém, který umožňuje dobré smáčení a prosycení tkaniny. Odpěňovač v pryskyřici zajišťuje vytlačení vzduchových bublin z laminovaného systému, čímž se dosáhne zlepšení mechanických vlastností. Aplikace může probíhat od 10 do 50 °C a vytvrzování od 10 °C. Při použití tužidla 285, 286, 287, nebo tužidla H 146 je nutné výrobek po prvopočátečním vytvrzením ještě postupně tepelně dotvrdit. U tužidel 500, 501, 502 (100:40), nebo tužidel 133, 134, 135, 136, 137, 138 (100:35) není nutné tepelné dotvrzení, ale teplotní odolnost je nižší. (Havel Composites, 2013) Tužidlo H 146 Pro tužidlo H 146 jsme se rozhodli z důvodu vhodné vytvrzovací teploty od 25 °C a současnou možností tepelného dotvrzení. Doporučená minimální teplota pro vytvrzení je 30 °C. Váhový poměr míchání s epoxidovou pryskyřicí LH 260 je 10:3. Doba zpracovatelnosti je 50 – 60 minut. (Havel Composites, 2013)
4.2.2 Epoxidová pryskyřice LH 300 Tato epoxidová pryskyřice je středně viskózní, vhodná pro laminování dílů s vysokou odolností. Používá se např. při výrobě forem a dílů pro chlazení brzdového systému na vozech Škoda Fabia WRC, kde jsou vystavovány extrémním teplotám a nárazům. Také se používá na letecké modely, formy, nástroje, odlitky a kompozitní díly s vysokou teplotní odolností. Teplotní odolnost je až 160 °C. Doba zpracovatelnosti je od 15 minut do 3 hodin. K vytvrzení této pryskyřice sice dojde při pokojové teplotě, ale je velmi křehká, proto je nutné temperovat při 90°C po dobu minimálně 3 hodin (Havel Composites, 2013) Tužidlo H 303 HT Toto tužidlo je vhodné pro získání teplotní odolnosti až 150°C. Tužidlo se míchá s pryskyřicí ve váhovém poměru 4:1. Doba zpracovatelnosti je 1-1,5 hodiny. Dobrého vytvrzení tohoto systému je dosaženo po době minimálně 3 hodiny při teplotách od 50 °C. Tepelná odolnost je vyšší při temperování minimálně 2 hodiny při 90-100 °C. Lze dosáhnout teplotní odolnosti až 150°C bez výrazné změny parametrů. (Havel Composites, 2013)
4.2.3 Epoxidová pryskyřice LH 3000 Laminační systém je založen na bázi silně modifikované epoxidové pryskyřice a urychleného vysokomodulárního tvrdidla. Jedná se o epoxid nové generace, který je vysoce flexibilní (pružný). Doba zpracovatelnosti je 30-140 minut dle použitého tužidla. Tato pryskyřice se vyznačuje dobrou teplotní odolností i při vytvrzení za pokojové teploty (při 23°C je teplotní odolnost 60°C, při 50°C po dobu 3 hodin až 75°C). 17
Viskozita směsi je 350-400 MPa/s při 25°C. Vhodná tužidla mají tepelnou odolnost při pokojové teplotě 55-60 °C. Při dotvrzení za zvýšené teploty minimálně 8 hodin je teplotní odolnost o 25 °C vyšší než při jaké teplotě bylo provedeno dotvrzení do konečné tepelné odolnosti 115-120°C. (Havel Composites, 2013) Tužidlo H 1000 Toto tužidlo je vhodné pro epoxidovou pryskyřici LH 3000. Výhodou tohoto tužidla je nízká teplota vytvrzování. Směs lze vytvrzovat od 15 °C. Doba zpracovatelnosti namíchané směsi je přibližně 30 minut při teplotě 25 °C. Tužidlo se s epoxidovou pryskyřicí míchá ve váhovém poměru 10:3. Tepelná odolnost směsi je 55–60 °C. (Havel Composites, 2013) Tužidlo DH 25 Toto tužidlo je vhodné pro epoxidovou pryskyřici LH 3000. Lze ji použít při zpracování za pokojové teploty s následným dotvrzením při zvýšené teplotě minimálně 90 °C po dobu 8 hodin. Doba zpracovatelnosti je 100 minut při teplotě 25 °C. Odolnost je po 8 hodinách při teplotě 90 °C až 120 °C. Tužidlo se s epoxidovou pryskyřicí míchá ve váhovém poměru 10:3. Tužidlo DH 25 používejte pouze v případě, jste-li schopni zajistit dotvrzení při nejméně 80 °C. (Havel Composites, 2013)
Obr. 2: Použitá lepidla
4.3 Teploty Po zvolení vhodných lepidel bylo rozhodnuto o třech lisovacích teplotách 25 °C, 90 °C a 120 °C, podle doporučení výrobce lepidel z technických listů. Tyto rozdílné lisovací teploty mají za cíl vytvořit nejlepší možný lepený spoj. Tyto teploty byly také zvoleny z důvodu, že některá lepidla byla podle doporučení výrobce vhodná lisovat při vyšších teplotách, pro lepší pevnost lepeného spoje. Teplota 25 °C byla zvolena, protože to je běžně dosažitelná teplota, v létě jí lze dosáhnout bez vyhřívání, nebo s mírným vyhříváním lisu. Z hlediska dodaného množství energie je lisování při této teplotě nejméně ekonomicky náročné. Původně 18
bylo uvažováno o zvolení pokojové teploty (22 °C), ale podle doporučení výrobce nejnižší vhodná teplota pro lisování LH 260 je teplota 25 °C. Druhá teplota 90 °C byla zvolena, protože je teplotou, které je možné dosáhnout u všech lepidel, je doporučena výrobcem podle výpočtů pro maximální tepelnou odolnost vytvrzeného kompozitu. Třetí teplotou je teplota 120 °C, která nám byla doporučena v dílnách, ve které byly vzorky lisovány, jako maximální možná v praxi dosahovaná teplota. Lis by sice podle výrobce zvládl až 160 °C, což by vedlo k velké spotřebě energie, bylo by zde ale možné riziko poškození lisu a není pravděpodobné, že by tato teplota byla při lisování vzorků přínosem. Výrobce lepidel podle technických listů nepředpokládá lisování při takto vysoké teplotě.
4.4 Použitá buková dýha Dřevina buk byla vybrána, protože je to naše v průmyslu běžně používaná dřevina s nejvyšší pevností ve smyku. Bukové dřevo s rovnými vlákny taktéž doporučuje ČSN EN 205. Listnaté dřeviny mají přibližně 1,5-krát vyšší pevnost než jehličnaté, z našich listnatých dřevin má nejvyšší pevnost ve smyku buk. (A. Požgaj a kol., 1997). Dýhu tloušťky 2,7 mm jsme zvolili z důvodu dostatečné tloušťky vzhledem k aplikaci lepidla, dostatečné pevnosti při následovnému zatížení a také z důvodu snadného prohřátí dýhy v lisu.
4.5 Použité stroje Formátovací pila SCM Si 16n 3200 K řezání byla použita formátovací pila výrobce SCM group, model Si 16n 3200. Maximální délka řezu je 3200 mm (délka posuvu stolu s pravítkem vůči pilovému kotouči), výkon motoru pilové jednotky je 5,5 kW a výkon motoru předřezu je 0,75 kW. Maximální průměr pilového kotouče je 350 mm, maximální průměr předřezu je 120 mm. (Hoechsmann.com) Univerzální zkušební stroj Zwick Z050 Jedná se o univerzální zkušební stroj s mechanickým pohybem horního příčníku. Podle použitého přípravků lze snadno měnit druh zkoušky. Jednotlivé přípravky na zkoušky rostlého dřeva se používají pro zkoušení tahu, tlaku, ohybu a smyku. Dále je možno zkoušet pevnost v tlaku a tahu rozebíratelných spojů. Tento stroj je propojen s počítačem, obsahující softwarem testXpert, který slouží k zaznamenávání dat o zkoušce. Maximální zatěžovací síla je 50 kN, rychlost posuvu je 0.001-500 mm/min. Tento univerzální zkušební stroj odpovídá certifikaci zkušebního stroje třídy 1. (Mendelu.cz) Lis Italpresse SCF 6 V lisu Italpresse SCF 6 (Obr. 3) byly lisovány experimentální sendvičové kompozity při teplotách 25, 90, 120 °C. Lisovací tlak je 0-500 Bar. Lisovací teplota je 20-160 °C, v praxi se používá 20-120 °C. Světlá výška lisu je 60 cm. Lis byl vybaven 19
dvěma nepřilnavými foliemi z důvodu ochrany lisovacích desek před vytlačeným lepidlem z kompozitu.
Obr. 3: Lis Italpresse SCF 6
4.6 Výroba vzorků Vzorky byly vyrobeny z bukové dýhy, jednosměrných uhlíkových vláken a vhodného epoxidové lepidlové směsi. Nejdříve byly formáty bukové dýhy o rozměrech 1200 × 800 mm rozměřeny na 6 částí o rozměrech 398 × 398,5 mm. Po naměření byly dýhy přesně naformátovány na formátovací pile. Následovalo naměření a nastříhání jednosměrné tkaniny z uhlíkových vláken s nadměrkem nad rozměr bukové dýhy. Poté bylo na analytických vahách zváženo potřebné množství epoxidového lepidla a tvrdidla. Potřebné množství bylo namícháno podle poměrů uvedených v části lepidla. Doporučený nános epoxidové lepidlové směsi je 240 g/m2. Plocha jedné naformátované dýhy je 0,159 m2. V jednom souboru jsou čtyři tyto plochy pro nános lepidlové směsi. Proto 0,159 × 4 = 153 g lepidlové směsi. Z důvodu vysoké nasákavosti uhlíkové tkaniny bylo použito 250 g lepidlové směsi. Pryskyřice LH 3000 má nízkou viskozitu (velkou vsákavost do povrchu dýhy), proto bylo rozhodnuto použít 300 g lepidlové směsi na soubor. Lepidlová směs byla nanášena na bukovou dýhu stěrkou pro nanášení lepidlových směsí. Dále byla přiložena jednosměrná uhlíková tkanina. Směr vláken uhlíkové tkaniny byl shodný se směrem vláken bukové dýhy. Stejným způsobem byla nanesena lepidlová směs na středovou vrstvu bukové dýhy (Obr. 4), poté došlo k přiložení na uhlíkovou tkaninu. Směr vláken této vrstvy byl kolmo na směr vláken jednosměrné uhlíkové tkaniny. Následovalo nanesení lepidlové směsi a přiložení jednosměrné uhlíkové tkaniny, opět kolmo na směr vláken bukové dýhy. Na poslední (horní) bukovou dýhu byla nanesena lepidlová směs z jedné strany a poté byla dýha přiložena, podélně na směr tkaniny. Dále byla namíchána další lepidlová směs a celý postup se opakoval do složení kompozitů ze všech tří druhů lepidlových směsí. 20
Do lisu bylo potřeba vložit nejméně čtyři soubory, pro rovnoměrné rozložení v lisu. Proto bylo rozhodnuto o vytvoření čtvrtého souboru, bez uhlíkových vláken, který byl následně využit pro porovnání s vzorky s uhlíkovými vlákny. Výroba tohoto souboru byla obdobná jako u vzorků s vlákny, ovšem bez uhlíkových vláken. Z důvodu velkého vsakování lepidla do bukové dýhy bylo použito stejné množství lepidla, i stejný nanášecí postup jako u vzorků s uhlíkovými vlákny. Po lisování se toto množství lepidla ukázalo být zbytečné, protože došlo k vytlačení velkého množství lepidla. Takto vyrobené soubory byly vloženy do lisu a lisovány pod tlakem 0,4 MPa/m2. Vzorky lisované při teplotě 25 °C byly vloženy do lisu, pak byl lis uzavřen a došlo k lisování v lisu po dobu 18 hodin. Následovalo vytažení vzorků z lisu. Poté následovalo lisování vzorků při teplotě 120 °C. Lis byl zahřán na tuto teplotu, pak došlo k otevření lisu, vložení vzorků do lisu, následovalo uzavření lisu a vypnutí vyhřívání. Teplota po 2 hodinách klesla na 90 °C, kdy došlo k opětovnému otevření lisu a rychlému vložení vzorků lisovaných při teplotě 90 °C. Poté byl lis opět uzavřen a vzorky byly lisovány za klesající teploty po dobu 18 hodin. Po lisování byly z ploten ořezány přesahy, následovalo rozřezání ploten na jednotlivé vzorky o rozměrech 150×20 mm. Poté byly vloženy do šablony na proříznutí dvou vrstev dýhy a jedné vrstvy vláken. Poté následovalo otočení vzorků v šabloně a opětovné proříznutí. Výsledkem byly vzorky pro zkoušku na smyk (Obr. 5). Bylo vyrobeno celkem 187 vzorků pro smyk, pro lepidlo LH 3000 při teplotě lisování 25 °C 13 vzorků, pro LH 3000 při teplotě lisování 90 °C 14 vzorků. Pro ostatní lepidla bylo vyrobeno vždy 16 vzorků na lepidlo a teplotu.
Obr. 4 Nanášení lepidla
21
Obr. 5: Vzorek pro zkoušku na smyk
4.7 Zkoumané veličiny Mechanická práce Mechanickou práci zkušební tělísko vykonalo při zkoušce na smyk do bodu meze pevnosti. Udává jaké množství mechanické práce vykonalo zkušební tělísko. Všeobecná definice zní: těleso koná mechanickou práci, jestliže působí na jiné těleso, které se působením této síly přemísťuje po určité dráze (Techmania.cz). (Jinými slovy jak velká byla potřebná síla, která se přeměnila na mechanickou práci a vedla k porušení jednotlivých chemických vazeb a následnému pohybu (posunu) molekul látek, ze kterých se zkušební tělísko skládalo). Mechanická práce se měří v joulech (J). Tuhost Tuhost udává mez, do které je možné zkušební těleso namáhat působením síly, aniž by způsobila trvalé změny, nebo poškození na zkušebním tělísku. Po uvolnění této síly se zkušební těleso vrátí do výchozího tvaru. (Homel.vsb.cz) Tuhost se od modulu pružnosti liší v tom, že se udává v newtonech na milimetr (N/mm2 ) a modul pružnosti v megapascalech (MPa). Kdybychom chtěli tuhost převést na modul pružnosti, pak 1 N/mm2 = 1 MPa (Cressto.cz). Tuhost je důležitá pro posouzení efektivity vyztužení při použité lepidlové směsi. Touto zkouškou získáme hodnoty tuhosti lepidlové směsi. Tuhost lepidlové směsi zjistíme tehdy, doje-li při zkoušce na mez pevnosti k porušení vzorků v místě kontaktu lepidla s uhlíkovými vlákny, nebo k delaminaci. Tuhost je zaznamenávána zkušebním strojem Zwick při zkoušce na mez pevnosti ve smyku. Mez pevnosti Mez pevnosti dřeva znamená, jak velkou sílou může být na zkušební těleso působeno, než dojde k deformaci, nebo jeho roztržení. Při dosažení meze pevnosti 22
dochází k nevratnému poškození zkušebního tělesa. Mez pevnosti se udává v megapascalech (MPa). (Homel.vsb.cz) Mez pevnosti je důležitá pro posouzení efektivity vyztužení, zjištění maximálního možného zatížení vzorků do meze pevnosti při použité lepidlové směsi. V případě porušení vzorku v lepidle touto zkouškou získáme mez pevnosti lepidlové směsi. V případě porušení v bukové dýze, nebo vrstvě uhlíkových vláken zjistíme, že mez pevnosti lepidlové směsi je vyšší než mez pevnosti uhlíkových vláken nebo bukové dýhy. Porušení ve vrstvě uhlíkových vláken je však velmi nepravděpodobné, protože má několikanásobně vyšší mez pevnosti než buková dýha. Mez pevnosti byla zaznamenána na zkušebním stroji Zwick.
4.8 Zkouška na smykovou pevnost spoje Dřevo je anizotropní materiál, který má různou smykovou pevnost ve všech třech základních směrech. Smyk se běžně vyskytuje při kroucení, při ohybu dřeva nebo při jednoduchém smyku. Zkouška na smyk je poměrně obtížná, protože jednosměrný smyk se bez spolupůsobení jiných napětí nevyskytuje. Při experimentálním měření byla použita zkouška pro pevnost dřeva v jednoduchém smyku. U této zkoušky působíme na zkušební těleso dvěma stejně velkými silami, které vyvolávají vzájemné posunutí dvou protilehlých průřezů. (Poždgaj et al.) Zkouška na smyk byla zvolena, protože namáhání na smyk představuje kombinaci sil, konkrétně namáhání na tah, tlak a krut. Kombinace působení těchto sil se dnes běžně vyskytuje v mnoha výrobcích ze dřeva a proto je vhodné vyztužit je uhlíkovými vlákny pro větší mechanickou odolnost. Při pohledu na zkušební tělísko uchyceném ve zkušebním stroji (Obr. 6) zjistíme, že smykové síly působí ve směru vláken v tangenciální rovině a kolmo na směr vláken v radiální rovině, což je způsobeno výrobou vzorků překližovaním. Smyková pevnost dřeva ve směru vláken v radiální a tangenciální rovině je poměrně malá, pohybuje se od 6 do 19 MPa. Smyková pevnost dřeva listnáčů je asi 1,5 krát vyšší, než u dřeva jehličnanů. Smyková pevnost listnáčů v tangenciální rovině je při porovnání s radiální rovinou o 10-30 % vyšší. Dřevo jehličnanů má v obou rovinách tuto smykovou pevnost přibližně stejnou. (Poždgaj et al.) Smyková pevnost (τ) dřeva ve směru kolmo na vlákna v radiální a tangenciální rovině je nižší než ve směru vláken, pohybuje se od 3 do 8 MPa. (Poždgaj et al.) Před vložením do zkušebního stroje byla změřena délka a šířka smykové plochy. Při zkoušce zkušební stroj Zwick zaznamenával maximální sílu (N), práci (J), tuhost (N/mm) a posun do porušení vzorků, neboli do doby dosažení maximální síly (mm). Mez pevnosti ve smyku byla vypočítána podle vzorce pro výpočet meze pevnosti ve smyku ve směru vláken v tangenciální, nebo radiální rovině uvedeného např. v ČSN 49 0118.
23
τ=
F max b×l
Fmax - maximální smykové zatížení (N) b - šířka smykové plochy (mm) l - délka smykové plochy (mm) Po provedení zkoušky bylo odhadnuto množství vláken, které zůstalo přilepeno na uhlíkové tkanině.
Obr. 6: Upevnění vzorku v čelistech zkušebního stroje
4.9 Obecný charakter porušení vzorků Pro zkoušku na smykovou pevnost spoje byly předpokládány následující možnosti porušení vzorků: Delaminace Při zkouškách nebo experimentálním měření na smykovou pevnost spoje může dojít k rozlepení, nebo roztržení lepeného spoje v lepidle. Tento jev se nazývá delaminace. Za delaminaci je považováno porušení soudržnosti uvnitř vrstvy lepidla; porušení lepeného spoje přesně mezi vrstvou lepidla a dřevem (v tomto případě nesmí zůstat spojená žádná 24
vlákna dřeva s vrstvou lepidla); případně porušení dřeva, které je v rozmezí první ze dvou buněčných vrstev sousedících s vrstvou lepidla, a jehož charakter není ovlivněn odklonem vláken anebo strukturou letokruhu. Je charakterizováno hebkým vzhledem dřeva, která ohraničují mezi povrchem dřeva a vrstvou lepidla. (ČSN EN 73 2835, 2002) Porušení ve dřevě Porušení by mělo zpravidla nastat ve dřevě nebo v lepené spáře smykové plochy, tj. mezi zářezy pilou. Porušení by nemělo vzniknout mimo tuto oblast a porušení by nemělo být tvořeno z více než 50 % plochy přetržení lícové dýhy. (ČSN EN 49 0173, 2005) Porušení ve vrstvě uhlíkových vláken Definici porušení ve vrstvě uhlíkových vláken můžeme odvodit z definice pro porušení ve dřevě. Porušení by tedy mělo zpravidla nastat ve vrstvě uhlíkových vláken nebo v lepené spáře této vrstvy. Na vrstvě lepidla by měli zůstat části uhlíkových vláken.
4.10 Postup zkoušky na smyk a vyhodnocení výsledků Nejprve došlo k vhodnému nastavení programu testXpert, který byl použit k ovládání zkušebního stroje Zwick. Byly nastaveny zaznamenávané veličiny: maximální síla, mechanická práce, tuhost, posuv a rozměry pracovní plochy zkušebního tělíska. Byly také zadány vhodné jednotky ke zkoumaným veličinám. Dále bylo nastaveno předpětí na 5 N, rychlost posuvu pro dosažení předpětí byla nastavena na 2 mm/min, byly zadány zkušební podmínky (teplota, apod.). Posuv příčníku byl nastaven na 3 mm/ min a nejvyšší možná dosažitelná síla na 35 kN. Nastaveno také bylo ukončení zkoušky, pokud dojde k poklesu pevnosti o 50 %. Nastavena také byla výchozí poloha čelistí a vracení čelistí do této polohy. Smykové plochy vyrobeného tělíska byly změřeny s přesností na 0,1 mm a byly zaznamenány do programu testXpert. Poté bylo zkušební tělísko souměrně vloženo do čelistí zkušebního stroje a bylo v nich upnuto. Zkušební tělísko bylo upnuto tak, že čelisti stroje byly vzdáleny alespoň 20 mm od prořezu. Poté byly přiloženy extensiometry a zahájeno měření. Měření probíhalo do dosažení meze pevnosti, tedy poškození tělíska. Poté bylo zkušební tělísko vyjmuto ze zkušebního stroje a stanovil se podíl porušení ve dřevě nebo v uhlíkových vláknech. Zjištěné hodnoty byly zapsány do programu testXpert. Po odzkoušení všech vzorků byl vyexportován soubor programu testXpert na flash disk, naměřená data v tomto programu byla vyexportována do tabulkového souboru a také uložena na flash disk. Poté byla z tabulkového souboru zjištěna mechanická práce, tuhost a byla vypočítána mez pevnosti. S těmito daty bylo dále provedeno statistické vyhodnocení.
25
4.11 Statistické vyhodnocení výsledků Statistická analýza byla provedena v programu Statistica CZ verze 10. Grafy porovnávající mechanickou práci, tuhost a mez MOR byly vytvořeny v libreoffice verze 4.0.0.3. Nejdříve bylo nutné provést ověření předpokladů o datech. Tyto předpoklady byly ověřeny podle skript Statistické metody I a II (K. Drápela, 2002)
4.11.1
Ověření předpokladů o datech
Jelikož množství vzorků bylo dáno výrobou, byla tato metoda použita pro výpočet přesnosti zkoušky. Testem se zjistilo, že naměřené hodnoty mají přesnost 93 %. Nezávislost prvků výběru Velká většina prvků je nezávislá, u výjimek překračují jen velmi mírně mez závislosti, proto je stále lze zanedbat. Normalita výběru Tato statistická analýza byla provedena Shapiro-Wilkovým testem. Pokud je α ≥ 0,05, pak je výběr normální. Tímto testem se zjistilo, že nulová hypotéza nemůže být zamítnuta u všech naměřených dat, protože některá data nemají normální rozdělení. Tyto případy byly zjištěny u některých veličin vzorků lepidel při těchto teplotách: LH 300 – 90 °C – tuhost a MOR; LH 300 – 25 °C – tuhost; a práce u lepidel – LH 260 – 25 °C, LH 260 – 120 °C, LH 300 – 120 °C. U vzorků LH 260 – 25 °C nebyla provedena transformace, protože došlo k porušení technologického postupu doporučeného výrobcem. Proto byly tyto hodnoty shledány jako nedůležité. Ostatní hodnoty byly úspěšně transformovány až na LH 260 - 120 °C, při které se transformace ukázala nepoužitelná, pro příliš velké změny hodnot.
4.11.2
T – test
T-test je metoda, která testuje shodu středních hodnot u základních souborů s normálním rozdělením. T-test je také podmíněn splněním podmínky homogenity rozptylů. (Drápela, Zach, 1999)
4.11.3 Krabicové grafy Krabicové grafy slouží k porovnání mezí pevnosti a tuhosti skupiny vzorků lisovaných při stejné teplotě. Tyto krabicové grafy obsahují aritmetický průměr, směrodatnou chybu, směrodatnou odchylku, odlehlé hodnoty a extrémní hodnoty. Původně bylo uvažováno o vložení průměrné hodnoty a mediánu současně do jednoho krabicového grafu, program ve kterém byly krabicové grafy zpracovány však tuto možnost neobsahoval.
26
4.11.4 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 25 °C Tuhost V krabicových grafech (Obr. 7) a tabulce (Tab. 1) byly porovnávány naměřené tuhosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 25 °C. Krabicové grafy meze tuhosti Lepidla lisované při teplotě 25 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 8500
8000
7500
7000
6500
6000
5500
Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
5000 LH 260 BV
LH 300 LH 3000
LH 260
Obr. 7: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 25 °C (N/mm2) Při prozkoumání krabicových grafů (Obr. 7) zjistíme, že soubory vzorků tuhosti lisované při teplotě 25 °C neobsahují extrémní hodnoty, pouze LH 3000 obsahuje odlehlé hodnoty.
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
Poč. Skup. 1 Poč. Skup. 2
1,694 1,227 2,393 1,381 4,053 2,936
0,363 0,698 0,102 0,580 0,019 0,045
p
291,1 342,1 586,1 342,1 586,1 586,1
sv
6890 -10,22 27 0,00 16 13 378,8 7598 -15,79 30 0,00 16 16 378,8 6818 -7,08 30 0,00 16 16 378,8 7598 -5,92 27 0,00 13 16 291,1 6818 0,40 27 0,69 13 16 291,1 6818 4,60 30 0,00 16 16 342,1
Hodnota t
Sm. odch. Skup. 2
5583 5583 5583 6890 6890 7598
Sm. odch. Skup. 1
LH 260 BV vs. LH 3000 LH 260 BV vs. LH 300 LH 260 BV vs. LH 260 LH 3000 vs. LH 300 LH 3000 vs. LH 260 LH 300 vs. LH 260
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – tuhost – pro nezávislé výběry dle proměnných 25 °C
Tab. 1: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 25 °C (N/mm2) Z t-testu pro tuhosti vzorků lisovaných při teplotě 25 °C (Tab. 1) zjistíme, že téměř všechny výsledky testů jsou statisticky významné. Nulová hypotéza je tedy zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají významně odlišné střední hodnoty. Jedinou vyjímkou je test LH 3000 vs. LH 260, jehož výsledek testu je statistiky nevýznamný. Nulovou hypotézu tedy nemůžeme zamítnout. Tyto dva soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty. 27
Mez pevnosti V krabicovém grafu (Obr. 8) a tabulce (Tab. 2) byly porovnávány naměřené meze pevnosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 25 °C. Krabicové grafy meze pevnosti Lepidla lisované při teplotě 25 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 6
5
4
3
2
1 Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
0 LH 260 BV
LH 300 LH 3000
LH 260
Obr. 8: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 25 °C (MPa) Při prozkoumání krabicového grafu (Obr. 8) zjistíme, že soubory vzorků meze pevnosti lisované při teplotě 25 °C neobsahují extrémní hodnoty.
p
Poč. Skup. 1
Poč. Skup. 2
Sm. odch. Skup. 1
Sm. odch. Skup. 2
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
4,46 4,70 0,51 4,70 0,51 0,51
sv
2,52 2,52 2,52 4,46 4,46 4,70
Hodnota t
LH 260 BV vs. LH 3000 LH 260 BV vs. LH 300 LH 260 BV vs. LH 260 LH 3000 vs. LH 300 LH 3000 vs. LH 260 LH 300 vs. LH 260
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – pevnost – pro nezávislé výběry dle proměnných 25 °C
-15,30 -11,75 18,97 -1,21 37,48 23,99
27 30 30 27 27 30
0,00 0,00 0,00 0,24 0,00 0,00
16 16 16 13 13 16
13 16 16 16 16 16
0,349 0,349 0,349 0,328 0,328 0,656
0,328 0,656 0,239 0,656 0,239 0,239
1,134 3,538 2,123 4,011 1,873 7,513
0,839 0,020 0,156 0,020 0,250 0,000
Tab. 2: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 25 °C (MPa) Z t-testu pro meze pevnosti vzorků lisovaných při teplotě 25 °C (Tab. 2) zjistíme, že téměř všechny výsledky testů jsou statisticky významné. Nulová hypotéza je tedy zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají významně odlišné střední hodnoty. Jedinou vyjímkou je test LH 3000 vs. LH 300, jehož výsledek testu je statistiky nevýznamný. Nulovou hypotézu tedy nemůžeme zamítnout. Tyto dva soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty.
28
4.11.5 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 90 ºC Tuhost V krabicovém grafu (Obr. 9) a tabulce (Tab. 3) byly porovnávány naměřené meze pevnosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 90 °C. Krabicové grafy meze tuhosti Lepidla lisované při teplotě 90 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
3500 3000 LH 3000
LH 300 BV LH 300
LH 260
Obr. 9: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 90 °C (N/mm2) Při prozkoumání krabicového grafu (Obr. 9) zjistíme, že soubory vzorků tuhosti lisované při teplotě 90 °C obsahují extrémní hodnoty, pouze LH 3000 neobsahuje odlehlé hodnoty.
Sm. odch. Skup. 2
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
Poč. Skup. 1
526,2 279,7 537,1 279,7 537,1 537,1
3,186 1,111 3,319 3,539 1,042 3,686
0,042 0,837 0,036 0,020 0,938 0,016
p
294,8 294,8 294,8 526,2 526,2 279,7
sv
7121 -0,17 28 0,87 14 16 4045 29,05 28 0,00 14 16 6794 1,86 28 0,07 14 16 4045 20,65 30 0,00 16 16 6794 1,74 30 0,09 16 16 6794 -18,16 30 0,00 16 16
Hodnota t
Sm. odch. Skup. 1
7095 7095 7095 7121 7121 4045
Poč. Skup. 2
LH 3000 vs. LH 300 LH 3000 vs. LH 300 BV LH 3000 vs. LH 260 LH 300 vs. LH 300 BV LH 300 vs. LH 260 LH 300 BV vs. LH 260
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – tuhost – pro nezávislé výběry dle proměnných 90 °C
Tab. 3: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 90 °C (N/mm2) Z t-testu pro tuhosti vzorků lisovaných při teplotě 90 °C (Tab. 3) zjistíme, že statisticky významné jsou pouze vzorky bez vláken. Nulová hypotéza je u těchto vzorků zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají tedy významně odlišné střední hodnoty. Ostatní výsledky testů jsou tedy statistiky nevýznamné. Nulovou hypotézu nemůžeme zamítnout. Tyto soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty.
29
Mez Pevnosti V krabicovém grafu (Obr. 10) a tabulce (Tab. 4) byly porovnávány naměřené meze pevnosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 90 °C. Krabicové grafy meze pevnosti Lepidla lisované při teplotě 90 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0
Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
1,5 LH 3000
LH 300 BV LH 300
LH 260
Obr. 10: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 90 °C (MPa) Při prozkoumání krabicového grafu (Obr. 4) zjistíme, že všechny soubory vzorků meze pevnosti lisované při teplotě 90 °C obsahují extrémní hodnoty.
Sm. odch. Skup. 2
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
Poč. Skup. 1
0,622 0,313 0,406 0,313 0,406 0,406
4,874 1,237 2,083 3,939 2,340 1,683
0,007 0,707 0,191 0,012 0,110 0,324
p
0,282 0,282 0,282 0,622 0,622 0,313
sv
4,55 -0,27 28 0,79 14 16 2,91 14,49 28 0,00 14 16 4,63 -1,03 28 0,31 14 16 2,91 9,39 30 0,00 16 16 4,63 -0,46 30 0,65 16 16 4,63 -13,40 30 0,00 16 16
Hodnota t
Sm. odch. Skup. 1
4,50 4,50 4,50 4,55 4,55 2,91
Poč. Skup. 2
LH 3000 vs. LH 300 LH 3000 vs. LH 300 BV LH 3000 vs. LH 260 LH 300 vs. LH 300 BV LH 300 vs. LH 260 LH 300 BV vs. LH 260
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – pevnost – pro nezávislé výběry dle proměnných 90 °C
Tab. 4: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 90 °C (MPa) Z t-testu pro meze pevnosti vzorků lisovaných při teplotě 90 °C (Tab. 4) zjistíme, že statisticky významné jsou pouze vzorky bez vláken. Nulová hypotéza je u těchto vzorků zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají tedy významně odlišné střední hodnoty. Ostatní výsledky testů jsou tedy statistiky nevýznamné. Nulovou hypotézu nemůžeme zamítnout. Tyto soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty.
30
4.11.6 Vzorky vyrobené při teplotě lisování 120 ºC Tuhost V krabicovém grafu (Obr. 11) a tabulce (Tab. 5) byly porovnávány naměřené meze pevnosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 120 °C. Krabicové grafy meze tuhosti Lepidla lisované při teplotě 120 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 8000 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000
Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
3500 LH 260 LH 300
LH 3000 LH 3000 BV
Obr. 11: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 120 °C (N/mm2) Při prozkoumání krabicového grafu (Obr. 11) zjistíme, že soubory vzorků tuhosti lisované při teplotě 120 °C neobsahují extrémní hodnoty, pouze LH 3000 obsahuje odlehlé hodnoty.
Sm. odch. Skup. 1
Sm. odch. Skup. 2
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
599,2 599,2 599,2 499,5 499,5 389,4
499,5 389,4 446,3 389,4 446,3 446,3
1,439 2,368 1,803 1,645 1,253 1,314
0,489 0,106 0,278 0,345 0,679 0,606
p
16 16 15 16 15 15
sv
7132 -2,36 30 0,03 16 6706 -0,19 30 0,85 16 4373 12,05 29 0,00 16 6706 2,69 30 0,01 16 4373 16,18 29 0,00 16 4373 15,54 29 0,00 16
Hodnota t
Poč. Skup. 2
6672 6672 6672 7132 7132 6706
Poč. Skup. 1
LH 260 vs. LH 300 LH 260 vs. LH 3000 LH 260 vs. LH 3000 BV LH 300 vs. LH 3000 LH 300 vs. LH 3000 BV LH 3000 vs. LH 3000 BV
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – tuhost – pro nezávislé výběry dle proměnných 120 °C
Tab. 5: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 120 °C (N/mm2) Z t-testu pro tuhosti vzorků lisovaných při teplotě 120 °C (Tab. 5) zjistíme, že téměř všechny výsledky testů jsou statisticky významné. Nulová hypotéza je tedy zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají významně odlišné střední hodnoty. Jedinou vyjímkou je test LH 260 vs. LH 3000, jehož výsledek testu je statistiky nevýznamný. Nulovou hypotézu tedy nemůžeme zamítnout. Tyto dva soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty. 31
Mez pevnosti V krabicovém grafu (Obr. 12) a tabulce (Tab. 6) byly porovnávány naměřené meze pevnosti u vzorků vyrobených lisováním při teplotě 120 °C. Krabicové grafy meze pevnosti Lepidla lisované při teplotě 120 oC Průměr; Krabice: Průměr±2*SmCh; Svorka: Průměr±SmOdch 4,8 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 Průměr Průměr±2*SmCh Průměr±SmOdch Odlehlé Extrémy
3,0 2,8 LH 260 LH 300
LH 3000 LH 3000 BV
Obr. 12: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 120 °C (MPa) Při prozkoumání krabicového grafu (Obr. 12) zjistíme, že soubory vzorků meze pevnosti lisované při teplotě 120 °C neobsahují extrémní hodnoty, LH 300 a LH 3000 obsahují odlehlé hodnoty. Poč. Skup. 1
Poč. Skup. 2
Sm. odch. Skup. 1
Sm. odch. Skup. 2
F-poměr Rozptyly
p Rozptyly
Hodnota t
3,61 1,77 4,33 -2,40 3,20 4,19 4,33 -6,80 3,20 3,93 3,20 12,20
p
3,92 3,92 3,92 3,61 3,61 4,33
sv
LH 260 vs. LH 300 LH 260 vs. LH 3000 LH 260 vs. LH 3000 BV LH 300 vs. LH 3000 LH 300 vs. LH 3000 BV LH 3000 vs. LH 3000 BV
Průměr skup. 2
Průměr skup. 1
T – test – pevnost – pro nezávislé výběry dle proměnných 120 °C
30 30 29 30 29 29
0,09 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00
16 16 16 16 16 16
16 16 15 16 15 15
0,621 0,621 0,621 0,326 0,326 0,266
0,326 0,266 0,246 0,266 0,246 0,246
3,626 5,459 6,356 1,506 1,753 1,164
0,017 0,002 0,001 0,437 0,301 0,781
Tab. 6: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 120 °C (MPa) Z t-testu pro meze pevnosti vzorků lisovaných při teplotě 120 °C (Tab. 6) zjistíme, že téměř všechny výsledky testů jsou statisticky významné. Nulová hypotéza je tedy zamítnuta. Tyto soubory vzorků mají významně odlišné střední hodnot. Jedinou vyjímkou je test LH 260 vs. LH 300, jehož výsledek testu je statistiky nevýznamný. Nulovou hypotézu tedy nemůžeme zamítnout. Tyto dva soubory vzorků nemají významně odlišné střední hodnoty.
32
5 VÝSLEDKY 5.1 Porovnání hodnot mechanické práce Pro přehledné porovnání mechanické práce, která působila do bodu pevnosti byly naměřené hodnoty všech souborů vzorků vloženy do tabulky (Tab. 7) a grafu (Obr. 13). Proměnná LH 260 – 25°C, BV LH 3000 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 260 – 25 °C LH 3000 – 90 °C LH 300 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 260 – 90 °C LH 260 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 3000 – 120 °C
Mechanická práce do bodu pevnosti – J Průměr Medián Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom. 0,153 0,145 0,080 0,280 0,0559 36,6666 0,347 0,320 0,240 0,660 0,1129 32,5347 0,381 0,340 0,210 0,600 0,1327 34,8739 0,006 0,005 0,000 0,020 0,0063 111,8494 0,291 0,290 0,210 0,350 0,0438 15,0522 0,318 0,330 0,150 0,440 0,0819 25,7806 0,243 0,250 0,170 0,310 0,0392 16,1826 0,307 0,305 0,180 0,450 0,0683 22,2519 0,273 0,240 0,140 0,530 0,1185 43,3981 0,209 0,190 0,140 0,400 0,0666 31,91416 0,286 0,285 0,200 0,350 0,0506 17,71285
Tab. 7: Porovnání práce naměřených hodnot do bodu pevnosti u jednotlivých vzorků
Lepidla a vytvrzovací teploty
Porovnání hodnot mechanické práce do bodu pevnosti – J LH 3000 – 120 °C, BV LH 3000 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 260 – 120 °C LH 260 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 300 – 90 °C LH 3000 – 90 °C LH 260 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 3000 – 25 °C LH 260 – 25°C, BV
Medián Průměr
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
Práce J
Obr. 13: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů práce do meze pevnosti Při porovnání práce do bodu pevnosti naměřených hodnot (Tab. 7 a Obr. 13) můžeme tvrdit, že u vzorků LH 260 - 25 °C byla neměřena nejnižší vykonaná práce. Nejvyšší vykonaná práce do bodu pevnosti byla neměřena u vzorku LH 300 – 25 °C. Při porovnání všech naměřených hodnot vyplývá, že došlo k zvýšení práce do bodu
33
pevnosti u šesti vzorků s vlákny, u zbývajících vzorků s vlákny nebylo vyztužení příliš efektivní.
5.2 Porovnání tuhosti Pro porovnání tuhosti byly naměřené hodnoty všech souborů vzorků vloženy do tabulky (Tab. 8) a grafu (Obr. 14). Proměnná LH 260 – 25°C, BV LH 3000 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 260 – 25 °C LH 3000 – 90 °C LH 300 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 260 – 90 °C LH 260 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 3000 – 120 °C LH 3000 – 120 °C, BV
Tuhost – N/mm2 Průměr Medián Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom. 5583 5627 4919 6265 379 7 6890 6970 6146 7263 291 4 7598 7681 7052 8033 342 5 6818 7029 5756 7772 586 9 7095 7100 6677 7573 295 4 7121 7247 5846 7721 526 7 4045 4069 3414 4447 280 7 6794 6799 5413 7733 537 8 6672 6654 5574 7741 599 9 7132 7069 6309 7777 499 7 6706 6700 6151 7736 389 6 4373 4452 3657 5271 446 10
Tab. 8: Porovnání naměřených hodnot do tuhosti u jednotlivých vzorků
Lepidla a teploty
Porovnání tuhosti – N/mm2 LH 3000 – 120 °C, BV LH 3000 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 260 – 120 °C LH 260 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 300 – 90 °C LH 3000 – 90 °C LH 260 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 3000 – 25 °C LH 260 – 25°C, BV
Medián Průměr
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Tuhost -N/mm2
Obr. 14: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů tuhosti (N/mm2) Při porovnání tuhosti naměřených hodnot (Tab. 8 a Obr. 14) můžeme tvrdit, že u vzorků bez vláken byly naměřeny nejnižší hodnoty, což dokazuje, že vyztužení uhlíkovými vlákny pro zvýšení tuhosti má význam.
34
Při porovnání naměřených hodnot vzorků vyztuženými vlákny je zajímavé, že aritmetické průměry hodnot s nejvyšší tuhostí LH 300 – 25 °C a nejnižší tuhostí LH 260 – 120 °C se tyto aritmetické průměry nelišily o více než 926 MPa.
5.3 Porovnání meze pevnosti MOR Pro porovnání meze pevnosti byly naměřené hodnoty všech souborů vzorků vloženy do tabulky (Tab. 9) a grafu (Obr. 15). Proměnná
MOR – MPa Průměr
LH 260 – 25°C, BV LH 3000 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 260 – 25 °C LH 3000 – 90 °C LH 300 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 260 – 90 °C LH 260 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 3000 – 120 °C LH 3000 – 120 °C, BV
Medián 2,52 4,46 4,70 0,51 4,50 4,55 2,91 4,63 3,92 3,61 4,33 3,20
Minimum Maximum Sm. odch. Koef. 2,53 1,92 3,04 0,35 4,40 3,96 5,13 0,33 4,96 3,43 5,54 0,66 0,50 0,16 0,91 0,24 4,47 3,92 5,16 0,28 4,66 2,96 5,09 0,62 2,94 2,09 3,34 0,31 4,63 3,73 5,29 0,41 3,86 2,99 5,04 0,62 3,62 3,10 4,33 0,33 4,31 3,76 4,69 0,27 3,26 2,73 3,66 0,25
prom. 13,87 7,35 13,97 47,05 6,26 13,67 10,75 8,77 15,83 9,03 6,14 7,69
Tab. 9: Porovnání naměřených hodnot do meze pevnosti u jednotlivých vzorků
Lepidla a teploty
Porovnání MOR – MPa LH 3000 – 120 °C, BV LH 3000 – 120 °C LH 300 – 120 °C LH 260 – 120 °C LH 260 – 90 °C LH 300 – 90 °C, BV LH 300 – 90 °C LH 3000 – 90 °C LH 260 – 25 °C LH 300 – 25 °C LH 3000 – 25 °C LH 260 – 25°C, BV
Medián Průměr
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Modul pevnost - MPa
Obr. 15: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů do meze pevnosti Při porovnání hodnot (Tab. 9 a Obr. 15) můžeme usoudit, že vzorky s vlákny mají vyšší mez pevnosti, než vzorky bez vláken. Lepidlo LH 3000 se obecně pro kompozity 35
dřevo-uhlíková vlákna hodí, protože vždy dosáhlo vysoké meze pevnosti. Lepilo LH 300 při 25 ºC dosáhlo nejvyšší MOR, lepidlo LH 260 při 25 ºC naopak nejnižšího.
5.4 Charakter porušení vzorků Při experimentálním měření došlo k porušení vzorků. Bylo vyhodnoceno, kolik procent vláken zůstalo v místě lomu zkušebního tělíska. Toto vyhodnocení bylo inspirováno ČSN EN 49 0173 a ČSN EN 73 2835 . Fotodokumentace poškozených vzorků je přiložena na CD. Bylo zjištěno, že u vzorků vyztužených uhlíkovými vlákny došlo k porušení vzorku v místě kontaktu lepidla s uhlíkovými vlákny. Zbytky uhlíkových vláken zůstaly na bukové dýze. U všech vzorků průměrně zůstalo průměrně 9 % vláken na bukové dýze. U vzorků bez uhlíkových vláken zpravidla došlo k porušení ve vláknech vzorků, proto bylo množství vláken vyšší, průměrně 28 % vláken v místě porušení vzorku.
Obr. 16: LH 300 – 25 °C, vzorky porušené v místě kontaktu lepidla s uhlíkovými vlákny
36
Obr. 17: LH 260 – 25 °C, vzorky porušené delaminací
Obr. 18: LH 300 – 90 °C BV, vzorky porušené v bukové dýze
37
6 DISKUZE Vzhledem ke konstrukci vzorků metodou překližovaní lze usuzovat, že kombinace smyků v tangenciálně – příčné rovině s působením síly ve směru vláken a kolmo na vlákna mělo na lom vzorku velký vliv. Uhlíková vlákna vždy zůstala přilepena na dýze, která měla směr vláken souběžně se směrem vláken jednosměrné uhlíkové tkaniny. Naopak u vzorků bez vláken došlo k lomu ve vrchní, nebo spodní vrstvě dýhy. Střední vrstva dýhy zůstala vždy neporušená. Ze směru lomu u vzorků bez vláken lze tedy usoudit, že loupání dýhy neproběhlo v přesně kolmém řezu vzhledem k vláknům, což je při průmyslové výrobě loupané dýhy těžko dosažitelné a došlo k lomu dřeva v místě letokruhu. Ze zjištěných faktů tedy můžeme vyvodit, že uhlíková vlákna mají větší soudržnost, když jsou lepena souběžně s vlákny BK dýhy, než když jsou lepena napříč směru vláken BK dýhy. Poměr uhlíkových vláken v místě lomu na středové vrstvě dýhy byl poměrně malý (průměrně 10%). Nebylo zjištěno, zda-li je tento poměr odtržených uhlíkových vláken obvyklý, protože nebyly dostupné materiály pro porovnání. Důvodem by mohlo být, provedení špatného odhadu potřebného množství použitého lepidla a došlo k tzv. chudému lepenému spoji, což můžeme vyloučit. Lepidlo z lepeného kompozitu ve většině případů vyteklo, bylo ho tedy v době uzavření lisu v kompozitu přebytek. Jiným vysvětlením může být velké vsakování lepidla do bukové dýhy, které probíhalo i po uzavření lisu (na některých vzorcích bylo vidět místní prosáknutí lepidla přes vrchní a spodní dýhu), nebo lze usuzovat, že lepený spoj uhlíkových vláken orientovaných kolmo na vlákna bukové dýhy má menší mez pevnosti. Vzhledem k právě zjištěným informacím by bylo zajímavé, kdyby konstrukce vzorků byla provedena tak, že by byly všechny vrstvy vláken orientovány souběžně. To by vyvrátilo nebo potvrdilo teorii o vsáknutí lepidla po uzavření lisu i teorii s menší mezí pevnosti uhlíkových vláken kolmo orientovaných na vlákna bukové dýhy. Při zkoušce na smykovou pevnost spoje se prokázalo, že použití tohoto tužidla H 146 u pryskyřice LH 260 při 25 °C bez následného tepelného dotvrzení není ideální, avšak při výběru vhodných tužidel pro pryskyřici LH 260 byla tato hodnota neúmyslně opomenuta. Navíc i po zjištění této chyby nebylo předpokládáno, že odolnost nedotvrzeného lepidla bude přibližně o polovinu nižší, než u ostatních vzorků při této teplotě. K porušení vzorků došlo ve vláknech bukové dýhy s nejvyšší pravděpodobností z důvodu, že uhlíková vlákna mají vyšší pevnost a tuhost než bukové dřevo.
38
7 ZÁVĚR Cílem bakalářské práce bylo zjistit vlastnosti lepeného spoje uhlíkových vláken a dřeva. Při rešerších pro bakalářskou práci bylo zjištěno, že při lepení uhlíkových vláken se dřevem jsou velmi důležité vlastnosti vytvrzené lepidlové směsi použité pro lepení těchto materiálů. V lepené spáře dochází k působení velkých sil, které při mnoha experimentech způsobily porušení vzorků v lepené spáře. Proto byl kladen velký důraz na výběr vhodných lepidel. Pro simulaci tohoto namáhání v běžném použití byla vybrána zkouška na smykovou pevnost. Vybrána byla tři epoxidová lepidla LH 260, LH 300 a LH 3000. Tyto lepidla jsou vhodná k lepení obou materiálů a lze je následně tepelně modifikovat, čímž se zabývá diplomová práce V. Jelínkové (Jelínková 2011). Z porovnání vykonané mechanické práce do meze pevnosti (Tab. 7), tuhosti (Tab. 8) a pevnosti (Tab. 9) bylo zjištěno, že nejvhodnější lepidlová směs pro lepený spoj dřevouhlíková vlákna je lepidlová směs LH 300 s tužidlem H 303 HT lisovaná při teplotě 25 °C. Tato lepidlová směs dosáhla nejvyšších hodnot ve všech třech porovnávaných veličinách. Výhodou je, že je lisována při poměrně nízké teplotě 25 °C a nevyžaduje dodatečné dotvrzování. Této teploty je poměrně snadné dosáhnout, avšak při použití tohoto lepidla je potřeba poměrně dlouhá doba na vytvrzení lepidlové směsi, což může být při případné průmyslové výrobě bráno jako nevýhoda. Při použití této lepidlové směsi bylo dosaženo nejlepšího vyztužení uhlíkovými vlákny. Při porovnání souboru vzorků LH 300 - 25 °C s LH 300 BV - 90 °C (s nebylo porovnání možné z důvodu nedodržení technologického postupu) bylo zjištěno, že LH 300 - 25 °C má o 0,138 J vyšší provedenou mechanickou práci do meze pevnosti, o 3552 MPa vyšší tuhost a o 1,785 MPa vyšší mez pevnosti. Lepidlová směs LH 300 25 °C má také nejvyšší průměrné množství zbylých uhlíkových vláken v místě lomu 22,38 %. Podobných výsledků dosáhly pouze lepidla LH 3000 - 25 °C 18,85 %, LH 260 - 90 °C 15,31 %. Vzorky bez uhlíkových vláken dosáhli vyššího množství zbylých dřevních vláken, jejich pevnost však byla nižší. Statisticky významné rozdíly byly zjištěny při porovnání souboru vzorků (dále jen vzorků) u všech lisovacích teplot : při 25 °C u všech vzorků, kromě LH 3000 vs. LH 260, při 90 °C byly statistický významné vzorky bez vláken vs. vzorky s vlákny (bez ohledu na použité lepidlo), při 120 °C u všech vzorků, kromě LH 260 vs. LH 3000. Výsledky zjištěné v tomto experimentu mají význam pro další experimenty založené na lepeném spoji dřevo-uhlíková vlákna. V průmyslu lze tento kompozit použít k vyztužování překližovaných desek pro zvýšení možného zatížení, nebo snížení tloušťky. Dále je možné tento lepený spoj použít k vyztužování sportovních předmětu, hudebních nástrojů, atd. Pro budoucí experimenty by bylo vhodné vlákna předepnout (Jelínková 2009) a orientovat uhlíková vlákna pouze rovnoběžně s vlákny dřeva a zvýšit tak pevnost výsledného kompozitu. Také by bylo zajímavé vyrobit experimentální tělíska 39
s uhlíkovým plátnem a zkoumat, zda použití uhlíkového plátna při výrobě překližek nahradí nutnost ukládat jednotlivé vrstvy dýh kolmo na sebe.
40
8 SUMMARY The aim of bachelor work was to determine the characteristics of the bond between carbon fiber and wood. In research of the work was found that in the bonding of carbon fibers with the timber the characteristics of hardened glue mixture used for bonding these materials are very important. The effects of large forces occurs in the bondline, these forces caused breach of the bondline in many experiment. Therefore, great emphasis was placed on selection of appropriate adhesives. The shear strength test was chosen for the simulation of stress in normal use. Three epoxy adhesives LH 260, LH 300 and LH 3000 were chosen for the test. These adhesives are appropriate for bonding this two materials and can be subsequently thermally modified, which was mentioned in the work of V. Jelinková. When we compared the mechanical work done to tensile strength (Tab. 7), stiffness limits (Tab. 8) and tensile strength (Tab. 9) we found that the best glue mixture for bonding wood and carbon fiber was a mixture of glue LH 300 and hardener H 303 HT pressed at a temperature of 25 °C. This glue mixture reached the highest results in all three compared variables. The advantage is that it is pressed at relatively low temperature of 25 °C and doesn ´t require additional hardening. This temperature is relatively easy to achieve, but when we use this adhesive quite long time is needed to harden the glue mixture, which can be seen in industrial production as a disadvantage. When using this glue mixture the best reinforcement with carbon fibers was achieved. When we compared sample LH 300-25 °C with LH 300 BV - 90 °C (with LH 260 BV - 25 °C was not compared to possible failure due to technological progress), we found that LH 300 - 25 °C had about 0.138 J higher mechanical work done to tensile strength, a higher stiffness limit of 3552 MPa and 1785 MPa higher tensile strength. Glue mixture LH 300-25 °C has the highest average quantity of residual carbon fibers in the line of fracture – 22.38 %. Similar results were achieved only by adhesives LH 3000-25 C 18.85 %, LH 260-90 ° C 15.31 %. Samples without carbon fibers achieved a higher quantity of the remaining wood fibers, but their strenght in shear stress was lower. Statistically significant differences were found when comparing sample collection (the sample) for each molding temperatures: at 25 °C for all samples, except LH 3000 vs. LH 260, at 90 °C were statistically significant samples without fiber vs. samples with fibers (regardless of the adhesive) at 120 °C for all samples, except LH 260 vs. LH 3000. Results obtained in this experiment are important for further experiments based on composite wood-bonded carbon fibers. In the industry composite can be used for reinforcement of plywood to increase the possible load or reduction in the thickness. It is also possible to use the bonding of the reinforcement sports course, musical instruments, etc. 41
For future experiments pretensioned carbon fibers should be used and also carbon fibers orientated only parallely with the wood fibers could increase the strength of the resulting composite. It would also be interesting to produce experimental parts with a carbon cloth and examine whether the use of the carbon cloth in the manufacture of plywood replaces the need to save each layer of veneer at right angles to each other.
42
9 POUŽITÁ LITERATURA BAREŠ, R. A. Kompozitní materiály. První vydání. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1988. ISBN 80-8076-007. BERTHELOT, Jean-Marie. Composite materials: mechanical behavior and structural analysis. New York: Springer, c1999, xxv, 645 p. Mechanical engineering series (Berlin, Germany). ISBN 03-879-8426-7. BODIG, Jozsef a Benjamin A JAYNE. Mechanics of wood and wood composites. Malabar, Florida: Krieger publishing company, 1993, xxi, 712 p. ISBN 04-420-0822-8. ČSN EN 49 0173. Překližované desky - kvalita lepení: Část 1: Metody zkoušení. Český normalizační institut, 2005. ČSN EN 73 2835. Lepené lamelové dřevo - Zkouška delaminace spojů. Český normalizační institut, 2002. DRÁPELA, Karel a Jan ZACH. Statistické metody I.: pro obory lesního, dřevařského a krajinného inženýrství. Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 1999, 135, [16] s. ISBN 80-715-7416-3. DRÁPELA, Karel. Statistické metody II: (pro obory lesního, dřevařského a krajinného inženýrství). Vyd. 1. V Brně: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2000, 144, [8] s. ISBN 80-715-7474-0. JÁNSKÁ, Dagmar. Vliv lepidla na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska vyztuženého uhlíkovými vlákny. Brno, 2009. Bakalářská práce. MZLU v Brně. Vedoucí práce Ing. Vladimír Dániel, Ph.D. JELÍNKOVÁ, Vendula. Vliv předpětí uhlíkových vláken na MOE a MOR dřevěného experimentálního tělíska vyztuženého uhlíkovými vlákny [online]. MZLU Brně, 2009 [cit. 2013-02-01]. Bakalářská práce. MZLU v Brně. Vedoucí práce Ing. Vladimír Dániel, Ph.D. JELÍNKOVÁ, Vendula. Vliv tepelné modifikace na mechanické vlastnosti kompozitu dřevo - uhlíková vlákna [online]. Mendelova univerzita v Brně, 2010/2011 [cit. 201302-01]. Diplomová práce. Mendelova univerzita v Brně. Vedoucí práce Ing. Jan Tippner, Ph.D. POŽGAJ, A., D, CHOVANEC, S. KURJATKO a M. BABIAK. Štruktúra a vlastnosti dreva. Druhé vydání. Bratislava: Príroda, 1997. ISBN 80-07-00960-4. Web: A. André, R. Kliger, R. Olsson, Compression failure mechanism in small-scale wood specimens reinforced with CFRP: An experimental study, Construction and Building Materials, Volume 41, April 2013, Pages 790-800, ISSN 0950-0618, 10.1016/j.conbuildmat.2012.12.038. 43
(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061812009956) Basaltex a.s. Basaltex http://www.basaltex.cz
a.s. [online].
2013
2013-02-18].
Dostupné
z:
Carbon fibres. Web.utk.edu [online]. 2004 [cit. 2013-02-26]. http://web.utk.edu/~mse/Textiles/CARBON%20FIBERS.htm
Dostupné
z:
Cressto s.r.o. Cressto s.r.o. [online]. http://www.cressto.cz/prepocty-jednotek
Dostupné
z:
2010
[cit.
[cit.
2013-05-06].
Faculty of Civil Engineering : : 26.1.2012 [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2012 [cit. 2013-02-19]. ISSN 978-80-214-4393- 8. Dostupné z: http://www.cideas.cz/free/okno/technicke_listy/8tlv/TL11CZ_2521-P29.pdf GUGUTSIDZE, G. a F. DRAŠKOVIČ. Reinforcement of timber beams with carbon fibers reinforced plastics. Slovak journal of civil enginering [online]. 2009 [cit. 201303-20]. Dostupné z: http://www.svf.stuba.sk/docs/sjce/2010/2010_2/file1.pdf HARRIS, C. L. a D. WYN-ROBERTS. Wear of Carbon Fibre Reinforced Polymers in a High Vacuum Environment. Nature [online]. 1968-3-9, roč. 217, č. 5132, s. 981-982 [cit. 2013-02-17]. ISSN 0028-0836. DOI: 10.1038/217981a0. Dostupné z: http://www.nature.com/doifinder/10.1038/217981a0 Havel Composites. HAVEL COMPOSITES CZ S.R.O. Havel Composites [online]. 2013 [cit. 2013-01-31]. Dostupné z: http://www.havel-composites.com/ Hoechsmann. Hoechsmann [online]. 2011 [cit. http://www.hoechsmann.com/index.php? module=16&category=1&fbID=11165&lang=cz
Dostupné
z:
Homel.vsb.cz. Homel.vsb.cz [online]. 2013 [cit. 2013-05-06]. Dostupné http://homel.vsb.cz/~khe0007/opory/opory.php?stranka=drevo_zkouseni
z:
KOŘÍNEK, Z. Kompozity [online]. http://volny.cz/zkorinek/
z:
2009
2013-02-26].
[cit.
2013-03-05].
Dostupné
KULÍK, Petr a Lenka MELZEROVÁ. Vyskopevnostní výztužné lamely v nosnících z lepeného lamelového dřeva. In: Vyskopevnostní výztužné lamely v nosnících z lepeného lamelového dřeva [online]. 2012 [cit. 2013-02-19]. Dostupné z: http://stavba.tzbinfo.cz/drevene-a-ocelove-konstrukce/8776-vyskopevnostni-vyztuzne-lamely-vnosnicich-z-lepeneho-lameloveho-dreva Mendelu. Mendelu [online]. 2013 http://thuja.mendelu.cz/und/?q=node/72
[cit.
2013-02-26].
Dostupné
z:
Mendelu.cz [online]. 2013 [cit. 2013-03-05]. Dostupné z: http://mendelu.cz/cz NEUBAUEROVÁ Pavla, Marcela KARMAZÍNOVÁ a Ondřej PEŠEK. Únosnost kompozitních nosníků ze dřeva s externí lepenou výztuží z polymerů s uhlíkovými vlákny. Juniorstav 2012: 14. odborná konference doktorského studia : sborník anotací : Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební = 14th Professional Conference of Postgraduate Students : [collection of abstracts] : Brno University of Technology, 44
Faculty of Civil Engineering : : 26.1.2012 [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, 2012 [cit. 2013-02-19]. ISSN 978-80-214-4393- 8. Dostupné z: http://www.cideas.cz/free/okno/technicke_listy/8tlv/TL11CZ_2521-P29.pdf NEUBAUEROVÁ, Pavla. Zesilování dřevěných nosníků lamelami s uhlíkovými vlákny. STEEL STRUCTURES AND BRIDGES 2012 [online]. 2012, roč. 2012, č. 40 [cit. 2013-02-19]. Dostupné z: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705812024836 PAUČO, A. Úprava rebier akustických gitár použitím uhlíkového vlákna [online]. Zvolen, 2012 [cit. 2013-03-20]. Dostupné z: http://is.tuzvo.sk/zp/index.pl? podrobnosti=20088;zpet=0;vzorek_zp=uhlik;dohledat=Dohledat;kde=nazev;kde=autor; kde=klic_slova;stav_filtr=0;typ=1;typ=1;typ=2;typ=3;typ=5;fakulta=20;fakulta=20;fak ulta=30;fakulta=40;fakulta=10;fakulta=90;prehled=vyhledavani;zpet=0. Diplomová práce. Technická univerzita vo Zvolene. PILATO, L a Michael J MICHNO. Advanced composite materials [online]. Berlin: Springer-Verlag, c1994, 108 - 113 [cit. 2013-02-26]. ISBN 3540575634. A. PIRVU et al. Carbon fiber-vinyl ester composite reinforcement of wood using the VARTM/SCRIMP fabrication proces. Researchgate.com [online]. 2004 [cit. 2013-0306]. Dostupné z: http://www.researchgate.net/publication/222550652_Carbon_fibervinyl_ester_composite_reinforcement_of_wood_using_the_VARTMSCRIMP_fabricati on_process?ev=pub_srch_pub SAVAGE, G. Carbon Fibres [online]. Springer Netherlands: Springer Netherlands, 1993 [cit. 2013-02-20]. ISBN 978-94-010-4690-9. Speciality Materials, Inc. Speciality Materials, Inc. [online]. 2013 [cit. 2013-02-18]. Dostupné z: http://specmaterials.com/boronfiber.htm ŠILHAN, Ondřej. MINOVA BOHEMIA S.R.O. Zesilování stavebních konstrukcí externě lepenou kompozitní výztuží. Minova Bohemia s.r.o, 2008. Dostupné z: http://fast10.vsb.cz/science/seminar2008/pics/17.pdf ŠTELLER, Š. Vystužené drevené nosné prvky materiálmi na báze vlákien. [online]. 2009 [cit. 2013-03-20]. Dostupné z: http://www.apvv.sk/buxus/docs/zk/zk-apvv-99015805.pdf Techmania.cz. Techmania.cz [online]. 2008 [cit. 2013-05-06]. http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php? xkat=fyzika&xser=4d656368616e696b61h&key=213
Dostupné
z:
VARSHAVSKII, V. Ya. a Yu. G. KORABEL'NIKOV. Fibre chemistry [online]. Kluwer Academic Publishers: Plenum Publishers, 1995 [cit. 2013-02-17]. ISBN 0015-0541. Dostupné z: http://link.springer.com/article/10.1007/BF00557669# WALLENBERGER, Frederick T., James C. WATSON a Hong LI. Glass fibers: PPG Industries, Inc. ASM Handbook: Composites[online]. 2001, Vol. 21 [cit. 2013-02-26]. Dostupné z: http://www.asminternational.org/content/ASM/StoreFiles/06781G_p2734.pdf 45
10
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1: Jednosměrná uhlíková vlákna Havel composites 50K, 125 g/m2 ......................15 Obr. 2: Použitá lepidla.....................................................................................................18 Obr. 3: Lis Italpresse SCF 6 ............................................................................................20 Obr. 4 Nanášení lepidla...................................................................................................21 Obr. 5: Vzorek pro zkoušku na smyk..............................................................................22 Obr. 6: Upevnění vzorku v čelistech zkušebního stroje..................................................24 Obr. 7: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 25 °C (N/mm2).........................27 Obr. 8: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 25 °C (MPa)..................28 Obr. 9: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 90 °C (N/mm2).........................29 Obr. 10: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 90 °C (MPa)................30 Obr. 11: Krabicové grafy tuhosti lisovaných při teplotě 120 °C (N/mm2).....................31 Obr. 12: Krabicové grafy meze pevnosti lisovaných při teplotě 120 °C (MPa)..............32 Obr. 13: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů práce do meze pevnosti....33 Obr. 14: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů tuhosti (N/mm2)..............34 Obr. 15: Graf porovnání mediánů a aritmetrických průměrů do meze pevnosti.............35 Obr. 16: LH 300 – 25 °C, vzorky porušené v místě kontaktu lepidla s uhlíkovými vlákny .........................................................................................................................................36 Obr. 17: LH 260 – 25 °C, vzorky porušené delaminací..................................................37 Obr. 18: LH 300 – 90 °C BV, vzorky porušené v bukové dýze.......................................37 Obr. 19: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 25 °C, s uhlíkovými vlákny.....................56 Obr. 20: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 25 °C, bez uhlíkových vláken..................56 Obr. 21: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 90 °C, s uhlíkovými vlákny.....................56 Obr. 22: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 120 °C, s uhlíkovými vlákny...................56 Obr. 23: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 25 °C,s uhlíkovými vlákny......................57 Obr. 24: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 90 °C, bez uhlíkových vláken..................57 Obr. 25: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 90 °C, s uhlíkovými vlákny.....................58 Obr. 26: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 120 °C, s uhlíkovými vlákny...................58 Obr. 27: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 25 °C, s uhlíkovými vlákny...................59 Obr. 28: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 90 °C, s uhlíkovými vlákny...................59 Obr. 29: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 120 °C, bez uhlíkových vláken..............60 Obr. 30: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 120 °C, s uhlíkovými vlákny.................60
46
11
SEZNAM TABULEK
Tab. 1: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 25 °C (N/mm2)..........................27 Tab. 2: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 25 °C (MPa)..................28 Tab. 3: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 90 °C (N/mm2)..........................29 Tab. 4: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 90 °C (MPa)..................30 Tab. 5: T-test tuhosti - pro vzorky lisované při teplotě 120 °C (N/mm2)........................31 Tab. 6: T-test meze pevnosti - pro vzorky lisované při teplotě 120 °C (MPa)................32 Tab. 7: Porovnání práce naměřených hodnot do bodu pevnosti u jednotlivých vzorků .33 Tab. 8: Porovnání naměřených hodnot do tuhosti u jednotlivých vzorků ......................34 Tab. 9: Porovnání naměřených hodnot do meze pevnosti u jednotlivých vzorků ..........35 Tab. 10: popisná statistika LH 260 – 25 °C,bez uhlíkových vláken................................49 Tab. 11: popisná statistika LH 3000 – 25 °C...................................................................49 Tab. 12: popisná statistika LH 300 – 25 °C.....................................................................49 Tab. 13: popisná statistika LH 260 – 25 °C.....................................................................50 Tab. 14: popisná statistika LH 3000 – 90 °C...................................................................50 Tab. 15: popisná statistika LH 300 – 90 °C.....................................................................50 Tab. 16: popisná statistika LH 300 – 90 °C, bez uhlíkových vláken...............................50 Tab. 17: popisná statistika LH 260 – 90 °C.....................................................................50 Tab. 18: popisná statistika LH 260 – 120 °C...................................................................50 Tab. 19: popisná statistika LH 300 – 120 °C...................................................................51 Tab. 21: popisná statistika LH 3000 – 120 °C, bez uhlíkových vláken...........................51 Tab. 20: popisná statistika LH 3000 – 120 °C.................................................................51 Tab. 21: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 1..............................................52 Tab. 22: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 2..............................................53 Tab. 23: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 3..............................................54 Tab. 24: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 4..............................................55
47
12
SEZNAM ZKRATEK
Př. n. l. – před naším letopočtem např. – například apod. – a podobně SCM – výrobce dřevozpracujících strojů CD – Compact Disc (Kompaktní disk) tj. – to jest CZ – v tomto dokumentu byla zkratka použita pro označení jazykové verze (česká) Obr. – obrázek Tab. – tabulka vs. – versus (proti) BK – buk (buková) BV – bez uhlíkových vláken
48
13
PŘÍLOHY
Seznam příloh v bakalářské práci: 1. Popisná statistika 2. Naměřené hodnoty z programu testXpert v tabulkách 3. Pracovní diagramy vzorků s průměrnou hodnotou
Seznam příloh na CD: Fotodokumentace poškozených vzorků Technické listy k uhlíkové tkanině a použitým lepidlům Další fotografie pořízené při výrobě a měření vzorků pro BP Výstupy z měření programem testXpert pro jednotlivé vzorky
13.1 Příloha č. 1. – popisná statistika Proměnná
Průměr
LH 260 – 25 °C, bez uhlíkových vláken Medián Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,153
0,145
0,080
0,280
0,0559
36,6666
2
5582,843
5626,530
4919,480
6265,360
378,8491
6,7860
2,516
2,530
1,920
3,040
0,3488
13,8664
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 10: popisná statistika LH 260 – 25 °C,bez uhlíkových vláken
Proměnná
Průměr
Medián
LH 3000 – 25 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,347
0,320
0,240
0,660
0,1129
32,5347
2
6889,875
6970,400
6146,130
7263,100
291,1196
4,2253
4,456
4,400
3,960
5,130
0,3276
7,3523
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 11: popisná statistika LH 3000 – 25 °C
Proměnná
Průměr
Medián
LH 300 – 25 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,381
0,340
0,210
0,600
0,1327
34,8739
2
7625,629
7680,850
7051,550
8032,990
342,0730
4,5024
4,698
4,955
3,430
5,540
0,6561
13,9660
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 12: popisná statistika LH 300 – 25 °C
49
Proměnná
Průměr
Medián
LH 260 – 25 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,006
0,005
0,000
0,020
0,0063
2
6817,641
7028,890
5756,120
7771,670
586,1130
8,5970
0,509
0,500
0,160
0,910
0,2394
47,0535
Tuhost – N/mm MOR – MPa
111,8494
Tab. 13: popisná statistika LH 260 – 25 °C
Proměnná
Průměr
Mech. práce – J Tuhost – N/mm2 MOR – MPa
0,291 7094,833 4,497
Medián 0,290 7100,285 4,470
LH 3000 – 90 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom. 0,210 6677,320 3,920
0,350 7573,240 5,160
0,0438 294,7860 0,2815
15,0522 4,1549 6,2599
Tab. 14: popisná statistika LH 3000 – 90 °C
Proměnná
Průměr
Medián
LH 300 – 90 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,318
0,330
0,150
0,440
0,0819
2
7187,317
7246,552
5846,080
7720,670
526,1730
7,3889
4,668
4,655
2,960
5,090
0,6215
13,6733
Tuhost – N/mm MOR – MPa
25,7806
Tab. 15: popisná statistika LH 300 – 90 °C
Proměnná
Průměr
LH 300 – 90 °C, bez uhlíkových vláken Medián Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,243
0,250
0,170
0,310
0,0392
16,1826
2
4045,239
4068,765
3414,040
4447,030
279,7138
6,9146
2,913
2,935
2,090
3,340
0,3131
10,7518
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 16: popisná statistika LH 300 – 90 °C, bez uhlíkových vláken
Proměnná
Průměr
Medián
LH 260 – 90 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,307
0,305
0,180
0,450
0,0683
22,2519
2
6793,805
6798,725
5412,590
7733,360
537,0565
7,9051
4,631
4,630
3,730
5,290
0,4063
8,7740
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 17: popisná statistika LH 260 – 90 °C
50
Proměnná
Průměr
Medián
LH 260 – 120 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,241
0,240
0,140
0,530
0,1185
2
6671,843
6653,545
5574,440
7740,900
599,2214
8,9813
3,924
3,855
2,990
5,040
0,6211
15,8294
Tuhost – N/mm MOR – MPa
43,3981
Tab. 18: popisná statistika LH 260 – 120 °C
Proměnná
Průměr
Mech. práce – J Tuhost – N/mm2 MOR – MPa
0,209 7131,742 3,614
Medián 0,190 7069,055 3,620
LH 300 – 120 °C Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom. 0,140 6309,030 3,100
0,400 7777,110 4,330
0,0666 499,4718 0,3262
31,91416 7,00350 9,02629
Tab. 19: popisná statistika LH 300 – 120 °C
Proměnná
Průměr
LH 3000 – 120 LH 3000 °C, bez – 120 uhlíkových °C vláken Medián Minimum Maximum Sm. odch. Koef. prom.
Mech. práce – J
0,286 0,248
0,285 0,240
0,200 0,180
0,350 0,310
0,0506 0,0361
17,71285 14,55448
2
6706,159 4372,645
6699,865 4451,740
6151,270 3657,460
7736,150 5270,840
389,3776 446,2904
10,20642 5,80627
3,203 4,329
3,260 4,310
2,730 3,760
3,660 4,690
0,2464 0,2658
7,69086 6,14101
Tuhost – N/mm MOR – MPa
Tab. 21: 20: popisná statistika LH 3000 – 120 °C, °C bez uhlíkových vláken
51
LH 300 – 25 °C
LH 3000 – 25 °C
LH 260 – 25 °C, bez vláken
13.2 Příloha č. 2. – naměřené hodnoty v programu testXpert Číslo vzorku
Délka lepené spáry
Šířka lepené spáry
F max
Práce
Tuhost
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45
mm 19,64 20,16 19,87 20,06 20,05 19,95 19,73 19,73 20,05 19,93 19,66 20,1 20,06 19,72 19,68 19,93 19,92 19,9 20,18 20,01 19,52 20,03 20,17 19,48 19,87 19,86 19,75 19,62 20,02 19,8 19,77 19,93 19,84 20,01 19,93 19,88 19,3 19,65 19,61 19,65 19,65 19,6 19,51 19,8 19,56
mm 20,6 20,51 20,55 20,6 20,46 20,55 20,55 20,57 20,3 20,49 20,5 20,56 20,4 20,57 20,59 20,3 20,61 20,58 20,39 20,55 20,58 20,55 20,51 20,46 20,57 20,44 20,47 20,58 20,55 20,47 20,52 20,57 20,58 20,58 20,55 20,35 20,61 20,53 20,42 20,54 20,45 20,55 20,4 20,6 20,55
N 913,81 1256,56 888,21 1145,34 1200,82 817,26 1105,93 1038,31 1207,19 1016,03 891,09 1097,63 926,82 778,21 1125,24 1011,75 1814,36 1771,64 1805,36 1832,01 1698,69 1998,26 2012,33 1754,87 1672,57 1854,81 2073,74 1597,44 1743,68 2085,71 2018,09 1404,19 1533,57 1756,44 1645,49 2050,94 1773,04 2219,2 2096,46 1749,54 1983,84 1623,56 2094,01 2122,14 2228,72
J 0,18 0,19 0,11 0,16 0,24 0,12 0,28 0,15 0,17 0,11 0,08 0,2 0,11 0,08 0,14 0,12 0,31 0,41 0,33 0,32 0,37 0,4 0,41 0,25 0,24 0,31 0,66 0,26 0,24 0,49 0,32 0,27 0,22 0,27 0,21 0,35 0,33 0,48 0,6 0,29 0,36 0,26 0,52 0,54 0,58
N/mm 2 5650,16 6265,36 5193,01 5496,83 5342,78 5116,39 6083,15 5188,2 5602,9 5722,53 5353,83 5757,49 5761,89 4919,48 6030,26 5841,22 7010,72 6553,85 6850,26 6146,13 6791,02 7263,1 6973,2 7045,58 7261,33 6970,4 6871,14 6980,43 6851,22 7626,08 7275,01 7076,19 7757,53 7922,32 7875,65 7791,06 7057,26 7851,09 7244,73 7658,98 8032,99 7051,55 7979,37 7701,49 7660,21
Zbylá vlákna v místě lomu 0,00% 10,00% 10,00% 15,00% 30,00% 0,00% 5,00% 25,00% 90,00% 10,00% 5,00% 10,00% 10,00% 15,00% 15,00% 10,00% 20,00% 10,00% 10,00% 15,00% 20,00% 15,00% 25,00% 25,00% 30,00% 30,00% 10,00% 15,00% 20,00% 30,00% 25,00% 0,00% 3,00% 40,00% 5,00% 30,00% 5,00% 40,00% 30,00% 50,00% 20,00% 15,00% 30,00% 15,00% 20,00%
Tab. 21: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 1.
52
Posuv mm 0,29 0,26 0,22 0,25 0,33 0,23 0,36 0,25 0,25 0,19 0,18 0,28 0,21 0,18 0,22 0,2 0,3 0,37 0,32 0,32 0,35 0,35 0,35 0,27 0,26 0,3 0,49 0,28 0,27 0,38 0,3 0,3 0,25 0,28 0,24 0,31 0,32 0,38 0,45 0,29 0,31 0,28 0,39 0,4 0,42
MOR MPa 2,26 3,04 2,18 2,77 2,93 1,99 2,73 2,56 2,97 2,49 2,21 2,66 2,26 1,92 2,78 2,50 4,42 4,33 4,39 4,46 4,23 4,85 4,86 4,40 4,09 4,57 5,13 3,96 4,24 5,15 4,97 3,43 3,76 4,27 4,02 5,07 4,46 5,50 5,24 4,33 4,94 4,03 5,26 5,20 5,54
Průměr Počet % vláken vzorků
16,25
16
18,85
13
22,38
16
LH 300 – 90 °C
LH 3000 – 90 °C
LH 260 – 25 °C
Číslo vzorku 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 60 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91
Délka lepené spáry mm 20,16 21 19,72 19,72 19,75 19,95 19,76 19,75 19,76 19,47 19,97 19,76 19,71 19,86 20,05 19,71 19,61 19,75 20,05 19,68 19,97 19,99 19,75 19,86 19,92 19,98 19,92 19,7 20 19,79 20,37 20,45 19,68 19,75 19,52 19,89 20,05 20,11 19,95 20,15 19,71 20,05 19,86 19,71 19,99 20,08
Šířka lepené spáry mm 20,5 20,52 20,56 20,6 20,55 20,55 20,53 20,57 20,52 20,58 20,41 20,38 20,59 20,53 20,48 20,48 20,48 20,6 20,5 20,43 20,57 20,24 20,5 20,53 20,4 20,49 20,55 20,54 20,38 20,59 20,55 20,42 20,24 20,58 20,59 20,56 20,55 20,55 20,29 20,46 20,5 20,44 20,57 20,52 20,47 20,57
F max
Práce
Tuhost
N 376,89 248,46 136,72 341,94 203,12 66,22 254,23 190,02 166,08 99,24 294,24 203,03 320,27 77,84 80,9 261,92 1775,48 1595,95 1947,59 1798,11 1861,8 1735,91 1778,8 1790,42 1815,5 1909,85 1859,35 1901,72 1739,14 2101,87 1960,08 1896,39 1256,37 2064,74 1994,94 1211,9 1868,61 2004,55 1933,26 1907,93 1872,28 2022,02 2079,77 2031,11 1841,79 1814,8
J 0,02 0,01 0 0,01 0,01 0 0,01 0 0 0 0,01 0 0,01 0 0 0,01 0,28 0,33 0,29 0,27 0,3 0,24 0,35 0,33 0,26 0,29 0,35 0,24 0,21 0,33 0,28 0,34 0,15 0,35 0,37 0,15 0,4 0,32 0,38 0,29 0,29 0,36 0,44 0,4 0,28 0,28
N/mm 2 6750,45 5756,12 7157,05 6269,92 6094,69 6169,02 6645,81 7200,93 7083,7 6082,26 6993,3 7460,74 7366,01 7771,67 7064,48 7216,1 6677,32 6708,59 6779,51 7573,24 7250,15 6971,46 7065,12 7135,45 7541,03 7250,62 7198,73 7421,69 6892,16 6862,59 7720,67 6851,37 5846,08 7137,82 6671,92 6171,38 7353,72 7486,01 7228,12 6861,04 7244,01 7590,79 7627,97 7430,98 7466,86 7249,09
Zbylá vlákna v místě lomu 0,00% 5,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 10,00% 0,00% 5,00% 5,00% 5,00% 5,00% 0,00% 10,00% 5,00% 15,00% 5,00% 5,00% 10,00% 5,00% 5,00% 10,00% 0,00% 5,00% 5,00% 0,00% 5,00% 0,00% 0,00% 0,00% 5,00% 0,00% 5,00% 0,00% 0,00% 15,00%
Tab. 22: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 2.
53
Posuv mm 0,08 0,05 0,02 0,06 0,04 0,01 0,04 0,03 0,03 0,02 0,05 0,03 0,07 0,01 0,01 0,06 0,29 0,33 0,3 0,28 0,3 0,26 0,33 0,32 0,26 0,28 0,33 0,25 0,24 0,31 0,27 0,33 0,23 0,31 0,34 0,22 0,35 0,29 0,33 0,29 0,29 0,32 0,35 0,34 0,28 0,28
MOR MPa 0,91 0,58 0,34 0,84 0,50 0,16 0,63 0,47 0,41 0,25 0,72 0,50 0,79 0,19 0,20 0,65 4,42 3,92 4,74 4,47 4,53 4,29 4,39 4,39 4,47 4,67 4,54 4,70 4,27 5,16 4,68 4,54 3,15 5,08 4,96 2,96 4,54 4,85 4,78 4,63 4,63 4,93 5,09 5,02 4,50 4,39
Průměr Počet % vláken vzorků
0,31
16
6,07
14
3,44
16
LH 300 – 90 °C, bez vláken LH 260 – 90 °C LH 260 – 120 °C
Číslo vzorku
Délka lepené spáry
Šířka lepené spáry
F max
Práce
Tuhost
92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 122 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139
mm 20,01 19,79 19,65 19,73 19,71 19,92 19,97 19,91 19,64 19,8 19,61 19,64 19,82 19,83 19,97 19,69 20,03 20,11 20,02 19,88 20,03 19,65 19,67 19,57 19,85 19,82 19,96 19,92 19,85 19,57 19,49 20,02 19,63 19,76 19,69 19,9 20,03 19,68 19,98 19,62 19,7 19,64 19,8 19,8 19,77 19,76 19,95 19,98
mm 20,57 20,44 20,54 20,53 20,5 20,37 20,37 20,55 20,58 20,57 20,49 20,61 20,58 20,51 20,54 20,55 20,53 20,58 20,58 20,53 20,53 20,5 20,55 20,5 20,42 20,58 20,55 20,55 20,5 20,53 20,5 20,54 20,55 20,51 20,42 20,56 20,56 20,53 20,56 20,53 20,56 20,56 20,56 20,45 20,54 20,44 20,52 20,6
N 859,31 979,69 1129,78 1144,2 1268,43 1203,08 1270,96 1266,16 1119,82 1286,69 1177,48 1351,95 1197,66 1148,22 1203,78 1324,95 1888,53 1870,1 2105,63 1838,73 1876,13 1959,56 1726,3 2083,96 2142,67 1621,81 1975,2 1886,87 1893,34 1875,43 1888,01 1533,92 1780,73 1440,88 1564,94 1273,32 1339,02 1882,15 1391,52 2028,23 1783,26 1757,22 1499,68 1849,65 1212,95 1356,84 1761,51 1572,54
J 0,2 0,24 0,23 0,26 0,26 0,31 0,28 0,25 0,17 0,24 0,25 0,25 0,3 0,19 0,19 0,26 0,27 0,28 0,39 0,28 0,29 0,45 0,22 0,35 0,34 0,38 0,32 0,32 0,28 0,23 0,33 0,18 0,26 0,24 0,3 0,16 0,16 0,42 0,19 0,53 0,26 0,42 0,2 0,45 0,18 0,14 0,24 0,22
N/mm2 4080,31 3559,73 4052,71 3414,04 4156,09 4053,23 4209,58 4447,03 3821,03 4187,87 3914,86 4335,42 4360,01 4219,31 4057,22 3855,39 7220,06 6541,97 6904,44 6576,23 6723 7245,77 7125,32 7107,18 7238,81 6134,79 6369 6770,91 6814,2 7733,36 6783,25 5412,59 7236,85 6095,58 6491,74 6216,42 6243,82 6559,43 5959,66 7656,42 7083,86 7065,28 6926,15 6747,66 5574,44 6751,34 7740,9 6399,94
Zbylá vlákna v místě lomu 30,00% 25,00% 25,00% 60,00% 10,00% 30,00% 25,00% 30,00% 0,00% 40,00% 70,00% 90,00% 35,00% 10,00% 35,00% 50,00% 10,00% 25,00% 30,00% 15,00% 5,00% 10,00% 10,00% 15,00% 25,00% 0,00% 35,00% 10,00% 30,00% 10,00% 15,00% 0,00% 0,00% 0,00% 5,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 0,00% 5,00% 0,00% 0,00% 10,00% 0,00%
Tab. 23: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 3.
54
Posuv mm 0,34 0,39 0,35 0,4 0,36 0,42 0,37 0,35 0,3 0,34 0,37 0,34 0,39 0,32 0,31 0,36 0,28 0,28 0,34 0,29 0,29 0,37 0,24 0,31 0,3 0,38 0,32 0,32 0,29 0,25 0,32 0,25 0,27 0,28 0,32 0,22 0,23 0,38 0,25 0,4 0,28 0,38 0,25 0,4 0,25 0,22 0,27 0,28
MOR MPa 2,09 2,42 2,80 2,82 3,14 2,96 3,12 3,09 2,77 3,16 2,93 3,34 2,94 2,82 2,93 3,27 4,59 4,52 5,11 4,51 4,56 4,86 4,27 5,19 5,29 3,98 4,82 4,61 4,65 4,67 4,73 3,73 4,41 3,56 3,89 3,11 3,25 4,66 3,39 5,04 4,40 4,35 3,68 4,57 2,99 3,36 4,30 3,82
Průměr Počet % vláken vzorků
35,31
16
15,31
16
3,13
16
LH 300 – 120 °C LH 3000 – 120 °C LH 3000 – 120 °C, bez vláken
Číslo vzorku
Délka lepené spáry
Šířka lepené spáry
F max
Práce
Tuhost
140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 152 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186
mm 19,99 19,6 19,7 19,8 19,95 19,86 19,79 19,85 19,74 19,64 19,67 20,06 19,88 19,77 19,65 19,56 19,88 19,55 19,64 19,93 19,89 19,66 19,79 19,92 19,78 19,57 20,04 19,67 19,96 20,01 19,96 19,55 19,96 19,6 19,65 19,86 19,55 19,69 19,7 19,56 19,87 19,87 19,56 19,86 19,64 19,6 19,96
mm 20,59 20,47 20,32 20,57 20,57 20,54 19,92 20,6 20,45 20,38 20,32 20,52 20,56 20,58 20,44 20,41 20,53 20,46 20,57 20,51 20,52 20,55 20,53 20,51 20,53 20,39 20,52 20,47 20,46 20,51 20,39 20,54 20,49 20,42 20,35 20,56 20,39 20,5 20,41 20,56 20,55 20,4 20,5 20,54 20,3 20,4 20,49
N 1426,12 1475,04 1513,66 1307,57 1485 1265,72 1705,16 1285,9 1446,91 1428,3 1350,72 1692,49 1477,66 1479,5 1513,04 1527,46 1831,05 1793,04 1894,04 1828,78 1744,47 1865,47 1868,35 1557,6 1762,03 1820,91 1757,66 1515,67 1701,57 1730,32 1740,54 1697,47 1256,46 1466,04 1259,43 1380,6 1120 1252,35 1344,08 1209,98 1349,68 1106,02 1307,92 1400,17 1330,19 1360,33 1252,18
J 0,15 0,28 0,25 0,22 0,16 0,14 0,4 0,15 0,17 0,24 0,2 0,2 0,17 0,17 0,18 0,26 0,33 0,27 0,29 0,31 0,3 0,35 0,35 0,2 0,25 0,24 0,35 0,2 0,25 0,28 0,34 0,26 0,2 0,3 0,27 0,24 0,18 0,24 0,27 0,23 0,29 0,21 0,24 0,31 0,24 0,25 0,25
N/mm2 6429,73 7318,89 7023,32 7777,11 6309,03 6917,37 7372,51 7484,01 6999,01 6934,37 6347,1 7763,82 7114,79 7735,24 6846,79 7734,78 6378,46 6611,36 7070,02 7048,57 6744,66 6717,65 6558,26 6209,22 7736,15 6788,27 6682,08 6860,36 6522,57 6914,47 6305,17 6151,27 4374,1 5270,84 3657,46 4765,58 3745,21 4680,44 4451,74 4159,56 4511,71 3863,96 4205,78 4459,7 4829,75 3957,19 4656,66
Zbylá vlákna v místě lomu 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 5,00% 0,00% 5,00% 5,00% 5,00% 5,00% 0,00% 0,00% 0,00% 0,00% 10,00% 0,00% 0,00% 0,00% 15,00% 5,00% 20,00% 5,00% 0,00% 5,00% 10,00% 0,00% 5,00% 10,00% 10,00% 0,00% 70,00% 10,00% 40,00% 15,00% 100,00% 10,00% 100,00% 5,00% 5,00% 30,00% 0,00% 80,00% 20,00% 40,00% 10,00%
Tab. 24: Naměřené hodnoty v programu testXpert, část 4.
55
Posuv mm 0,21 0,31 0,29 0,28 0,23 0,2 0,37 0,22 0,23 0,29 0,27 0,24 0,23 0,23 0,24 0,29 0,34 0,3 0,31 0,32 0,32 0,35 0,35 0,27 0,27 0,28 0,35 0,26 0,28 0,3 0,35 0,3 0,31 0,37 0,39 0,34 0,29 0,35 0,37 0,34 0,38 0,34 0,35 0,4 0,34 0,37 0,35
MOR MPa 3,46 3,68 3,78 3,21 3,62 3,10 4,33 3,14 3,58 3,57 3,38 4,11 3,62 3,64 3,77 3,83 4,49 4,48 4,69 4,47 4,27 4,62 4,60 3,81 4,34 4,56 4,27 3,76 4,17 4,22 4,28 4,23 3,07 3,66 3,15 3,38 2,81 3,10 3,34 3,01 3,31 2,73 3,26 3,43 3,34 3,40 3,06
Průměr Počet % vláken vzorků
1,56
16
5,94
16
33,44
16
13.3 Příloha č. 3. – pracovní diagramy vzorků s průměrnou hodnotou
Obr. 19: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 25 °C, bez uhlíkových vláken
Obr. 20: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 25 °C, s uhlíkovými vlákny
56
Obr. 21: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 90 °C, s uhlíkovými vlákny
Obr. 22: Pracovní diagramy vzorků LH 260, 120 °C, s uhlíkovými vlákny
57
Obr. 23: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 25 °C,s uhlíkovými vlákny
Obr. 24: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 90 °C, bez uhlíkových vláken
58
Obr. 25: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 90 °C, s uhlíkovými vlákny
Obr. 26: Pracovní diagramy vzorků LH 300, 120 °C, s uhlíkovými vlákny
59
Obr. 27: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 25 °C, s uhlíkovými vlákny
Obr. 28: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 90 °C, s uhlíkovými vlákny
60
Obr. 29: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 120 °C, bez uhlíkových vláken
Obr. 30: Pracovní diagramy vzorků LH 3000, 120 °C, s uhlíkovými vlákny
61
