Development of adhesively bonded glass fiber reinforced polypropylene/aluminum based fiber metal laminates (FMLs)

Abstract

One of the most important steps during the production of adhesively bonded fiber metal laminates (FMLs) is adhesive bonding. In glass fiber reinforced polypropylene/aluminum laminates, it is very difficult to provide good bond strength. In order to solve this problem, applying various surface pre-treatments to the bonding surfaces prior to adhesively bonded is very important for good performance properties. In the present study, glass fiber reinforced polypropylene (GFPP) composite plates were manufactured from (±450) fabrics using hot press compression method. Tensile, Charpy impact and flexural tests were performed to investigate the mechanical properties of the composites. The produced GFPP plate and Al were used as the adherends and polyurethane-based film as adhesive in FMLs. While manufacturing FMLs, various surface modification techniques (silane and sandblasting pre-treatment) were applied to aluminum for good adhesion of GFPP and Al interface and their effect on the adhesive properties of GFPP/Al laminates were presented. The mechanical properties lap shear, and flexural strength and Mode-I fracture toughness of the adhesively bonded Al/GFPP laminates were investigated to evaluate the effects of surface treatments. Scanning electron microscope (SEM) was used to examine the fracture surfaces. Single lap shear test showed that the adhesion of the GFPP/Al was improved by treatments of aluminum surfaces with silane and sandblasting. According to Mode-I fracture toughness values, silane treated specimens gave the best results. Based on the flexural test results, no significant change was observed in the flexural strength values of treated specimens compared to non-treated specimens.

Yapıştırıcı kullanılarak üretilen fiber metal laminatların (FML'ler) üretimi sırasında en önemli adımlardan biri, yapıştırıcı ile bağlama aşamasıdır. Cam elyaf takviyeli polipropilen / alüminyum katmanlı yapılarda, iyi yapışma mukavemetini sağlamak oldukça zordur. Bu problemi çözmek için, çeşitli yüzey önişlemlerinin, yapışma yüzeylere uygulanması, iyi performans özellikleri açısından çok önemlidir. Bu çalışmada, cam elyaf takviyeli polipropilen kompozit plakalar sıcak presleme yöntemi kullanılarak, ± 45 0 fiber yönlenmesinde ve örgüsüz kumaşlardan üretilmiştir. Üretilen kompozit plakanın mekanik özelliklerini belirlemek için çekme ve eğme testleri uygulanmıştır. Kompozit plakanın darbe özellikleri ise charpy darbe testi ile belirlenmiştir. Yapıştırıcı film kullanılarak üretilen FML yapılarda, üretilen CEPP plakası ve Al yapıştırılacak yüzeyler olarak seçilmiştir. FML'leri üretirken, CEPP ve Al arayüzünün iyi bir şekilde yapışması için alüminyuma çeşitli yüzey modifikasyon teknikleri (silan ile yüzey önişlemi ve kumlama yüzey önişlemi) uygulanmış ve bu tekniklerin CEPP / Al tabakalı yapıların yapışma özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu etkileri değerlendirmek için yapıştırıcı ile bağlanmış Al/CEPP tabakalı yapılara tek bindirmeli kayma, eğme ve mod-I kırılma tokluğu testleri uygulanmıştır. Kayma testinden sonra oluşan kırılma yüzeylerini incelemek için taramalı elektron mikroskopu kullanılmıştır. Tek bindirmeli kayma testi sonuçlarına göre, GFPP / Al yapılarının yapışma özelliklerinin, alüminyum yüzeylerin amino bazlı silan bağlayıcı ajanı ve kumlama ile işlenmesiyle geliştiği gözlemlenmiştir. Mode-I kırılma tokluğu değerlerine göre ise, silanla yüzey önişlemine tabi tutulmuş numuneler en iyi sonuçları vermiştir. Eğme testi sonuçlarına dayanarak, yüzeyleri önişleme tabi tutulmuş numunelerin eğme dayanımı değerlerinde, işlenmemiş numunelere göre önemli bir değişiklik gözlenmemiştir.