Mode-III interlaminar fracture toughness characterization of woven carbon-Kevlar interyarn hybrid textile composites Charakterisierung der interlaminaren Mode-III-Bruchzähigkeit von gewebten Kohlenstoff-Kevlar-Intergarn-Hybrid-Textilverbundwerkstoffen

Abstract

The Mode-III interlaminar fracture toughness characterization of plain and twill woven carbon-Kevlar interyarn hybrid textile composites is performed using edge crack torsion test specimens. The fracture toughness is determined using the multi-specimen-based compliance calibration method. The edge crack torsion test specimens are characterized for three initial crack lengths, 10 mm, 20 mm, and 30 mm, to determine the compliance calibration coefficients using linear regression analysis. The results revealed that the carbon-Kevlar interyarn hybridization significantly affects the Mode-III interlaminar fracture toughness of the edge crack torsion test specimens. The plain woven carbon-Kevlar interyarn hybrid textile composite laminate with carbon yarn in length direction shows a higher interlaminar fracture toughness than Kevlar monolithic composite laminates. It is also observed that as the initial crack length increases, peak load value decreases, specimen compliance increases, specimen stiffness reduces, and the Mode-III interlaminar fracture toughness of edge crack torsion test specimens increases. Several failure mechanisms are investigated using scanning electron microscopy of tested samples.

Die Charakterisierung der interlaminaren Mode-III-Bruchzähigkeit von glatten und köpergewobenen Kohlenstoff-Kevlar-Intergarn-Hybrid-Textilverbundwerkstoffen wird anhand von Kantenriss-Torsionsprüfkörpern durchgeführt. Die Bruchzähigkeit wird mit der auf mehreren Proben basierenden Kalibrierungsmethode bestimmt. Die Kantenriss-Torsionsprüfkörper werden für drei Anfangsrisslängen (10 mm, 20 mm und 30 mm) charakterisiert, um die Kalibrierungskoeffizienten für die Nachgiebigkeit mithilfe einer linearen Regressionsanalyse zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Hybridisierung der Kohlenstoff-Kevlar-Zwischengarne einen signifikanten Einfluss auf die interlaminare Mode-III-Bruchzähigkeit der Kantenriss-Torsionsprüfkörper hat. Das einfach gewebte Kohlenstoff-Kevlar-Intergarn-Hybrid-Textilverbundlaminat mit Kohlenstoffgarn in Längsrichtung zeigt eine höhere interlaminare Bruchzähigkeit als monolithische Kevlar-Verbundlaminate. Es wird auch beobachtet, dass mit zunehmender Anfangsrisslänge der Spitzenwert der Belastung abnimmt, die Nachgiebigkeit der Probe zunimmt, die Steifigkeit der Probe abnimmt und die interlaminare Mode-III-Bruchzähigkeit von Torsionsproben mit Kantenriss zunimmt. Verschiedene Versagensmechanismen werden mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie der geprüften Proben untersucht.