High temperature compressive behavior of three-dimensional five-directional braided composites Translated title: Hochtemperatur-Kompressionsverhalten von dreidimensional in fünf Richtungen geflochtenen Kompositen

Abstract

An experimental study was performed to investigate the high temperature compressive properties and failure mechanism of three-dimensional (3D) five-directional braided composites. The compression tests of 3D braided composites were conducted at six different temperatures. The failure modes, stress-strain curves, compressive modulus and strength at high temperature were analyzed and compared with those at room temperature. The results showed that temperature has a visible impact on these parameters. The 3D braided composites failed due to shear fracture, and the stress-strain curves exhibited obvious linear elasticity and a brittle failure feature at 20 and 50 °C, while the failure was characterized by fiber/matrix interface debonding, fiber bundles loosening and by outward expansion, and the stress-strain curves exhibited an obvious non-linear trend and a plastic failure feature at 70, 90, 110 and 130 °C. The compressive modulus and strength decreased as temperature increased. The compressive modulus and strength decreased by 92.9 % and 94.1 % as the temperature increased from 20 °C to 130 °C, which was mainly due to the degradation of the matrix properties and fiber/matrix interface properties at high temperature.

Kurzfassung

Die Hochtemperatur-Kompressionseigenschaften und der Versagensmechanismus von dreidimensional und in fünf Richtungen geflochtenen Kompositen wurden für diesen Beitrag experimentell untersucht. Die Kompressionstests der 3D geflochtenen Komposite wurden bei sechs verschiedenen Temperaturen durchgeführt. Es wurden die Versagensmodi, die Spannungs-Dehnungs-Kurven, der Druckmodul und die Festigkeit bei hohen Temperaturen analysiert und mit denen bei Raumtemperatur verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Temperatur einen sichtbaren Einfluss auf diese Werkstoffeigenschaften hat. Die dreidimensional geflochtenen Komposite versagten durch Schubspannungsbruch, und die Spannungs-Dehnungs-Kurven zeigten eine lineare Elastizität und ein sprödes Versagen bei 20 und 50 °C, während das Versagen durch eine Trennung der Faser-Matrix-Grenzfläche, eine Lockerung der Faserbündel und auswärts gerichtete Verlängerung charakterisiert wurde und die Spannungs-Dehnungs-Kurven einen sichtbaren nichtlinearen Trend und Merkmale plastischen Versagens bei 70, 90, 110 und 130 °C aufwiesen. Der Druckmodul und die Festigkeit nahmen um 92.9 % und 94.1 % ab, als die Temperatur von 20 auf 130 °C anstieg, was hauptsächlich auf die Degradation der Matrixeigenschaften und der Eigenschaften der Faser-Matrix-Grenzfläche bei hohen Temperaturen zurückzuführen war.