Wytwarzanie i analiza strukturalna laminatów tytan-kompozyt wzmacniany włóknami węglowymi oraz szklanymi

Laminaty metalowo-włókniste (FML) to innowacyjne materiały zaprojektowane na elementy poszycia samolotów, ale o potencjalnych możliwościach zastosowania w innych obszarach techniki. Podstawowym w tej grupie materiałów jest laminat stop aluminium/kompozyt epoksydowy wzmacniany włóknem szklanym. Praca dotyczy mniej zbadanego układu tytan/kompozyt epoksydowy wzmacniany włóknem szklanym oraz włóknem węglowym. Laminaty zostały wytworzone techniką autoklawową w warunkach laboratorium uczelnianego. Jako komponentów użyto blachę tytanową gat. Grade 2, prepreg epoksydowy zbrojony włóknem szklanym typu R oraz prepreg epoksydowy o podwyższonej wytrzymałości zbrojony włóknem węglowym T700GC. Dobrane komponenty spełniają wymagania stawiane materiałom stosowanym w przemyśle lotniczym. Opracowano sposób przygotowania powierzchni blachy tytanowej, ułożenia warstw prepregu oraz dobrano parametry technologiczne. Zastosowano utlenianie anodowe tytanu bez uszczelniania warstwy oraz dodatkową warstwę gruntu. Orientację włókien (tab. 2) dobrano, uwzględniając prognozowane właściwości oraz weryfikację eksperymentalną modeli numerycznych. Celem badań była charakterystyka struktury kompozytów po procesie polimeryzacji oraz ocena ciągłości połączenia metal-kompozyt. Wykonano obserwacje mikroskopowe z zastosowaniem mikroskopii świetlnej. W badanej partii materiału uzyskano wysoką jakość połączenia, bez delaminacji i porów na granicy metal-kompozyt (rys. 4÷8). W kompozycie zbrojonym włóknem szklanym zaobserwowano lokalne nierównomierne rozmieszczenie włókien (rys. 4b). Cechą charakterystyczną laminatów wytwarzanych w autoklawie jest obecność cienkiej warstwy polimeru na granicy z metalem, pozbawionej włókien, przy czym warstwa ta jest grubsza dla kompozytów zbrojonych włóknem węglowym (rys. 5b, c, 7b, c). Taka morfologia powinna korzystnie wpływać na adhezję metalu do kompozytu. Uzyskane wyniki świadczą o prawidłowo dobranych parametrach wytwarzania laminatów z zastosowaniem autoklawu.

---

Fibre-metal laminates (FML) are innovative materials designed for aircraft structures but potentially it is possible to use them in other engineering applications. The basic FML consists of alternate thin layers of an aluminium alloy and glass fiber reinforced polymer matrix composite. In this paper, modern hybrid materials, titanium/epoxy composites reinforced with glass and carbon fibers are investigated. The laminates were produced by the autoclave method in the university laboratory. Titanium sheet cp-Ti grade 2, glass fiber type R reinforced epoxy prepreg and epoxy prepreg reinforced with carbon fiber T700GC were used as the components. These components meet the requirements of aerospace materials standards. The method of surface treatment of the titanium sheet and the prepregs lay up were draw up and the technological parameters were selected as well as. The anodic oxidation of titanium without sealing or synthetic primer were used. The fibers orientation (Tab. 2) was selected to obtain the desired properties and perform experimental verification of numerical modelling results. The aim of the study was to determine the quality of the composite structure after curing and the continuity of the metal-composite joint. Microscopic microstructural observations were carried out. The high quality connection without delamination and pores on the metal-composite boundary in the inspection lot was obtained (Fig. 4÷8). The local uneven distribution of glass fibers was observed (Fig. 4b). The presence of a thin layer of epoxy resin without fibers on the metal-composite boundary is distinguished in laminates produced by the autoclave method. This layer in the carbon prepreg is thicker than in the glass one (Fig. 5b, c, 7b, c). Such morphology should have a positive effect on the metal-composite adhesion. The results prove the correct technological parameters applied for FML laminates manufactured in an autoclave.