Fiber fraction in woven structures
Ignatius, Willy (2018)
Ignatius, Willy
Yrkeshögskolan Arcada
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805168463
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805168463
Tiivistelmä
The purpose of this thesis is to study the effect on fiber volume fraction due to yarn-spacing in fiber-reinforced composites. Fiber volume fraction is the fractional amount of fiber in a composite. The volume of fiber as compared to the total volume. This subject is relevant to composite engineering due to the rule of mixtures. The rule of mixtures is used to estimate properties such as elastic modulus. Using the rule of mixtures requires the value for fiber volume fraction. The study was done by modelling textiles that are commonly used as reinforcing materials for composites. The modelling was done with a 3D design software called Soldiworks. Since SolidWorks is not commonly used for this type of work, this thesis also serves as a study for how reliable the method is. The work done for this thesis can be categorized into three subject areas. Analytical calculations for textiles that are suitable for it, modelled results and microscopic images of ready composites. The analytical results are compared to the modelled results of the same tex-tile types and are proven to be identical. This shows that modelling gives accurate re-sults. All modelling results are presented with the same variance in yarn-spacing. One major determination was done when analyzing the modelled results. It appears that fiber volume fraction is largely affected by the number of interlacements between yarns. The microscopic images were taken and analyzed to get an understanding if the modelled textiles represent what one finds in practice. It appears that in practice, textiles are very unpredictable and properties such as yarn thickness, yarn cross-section etc. are never constant. It seems that the method used in this thesis is reliable for studying the effect a certain property has on fiber volume fraction. However, not suitable for predicting fiber volume fraction for any specific composite prior to manufacturing. Syftet med detta arbete är att studera effekten trådavstånd har på fiber volymandel. Fiber volymandel är mängden fiber i en komposit. Volymen av fiber i jämförelse med totala vo-lymen. Arbetet är relevant för komposit planering pga. ”the rule of mixtures”. ”The rule of mixtures” används för att estimera kompositers egenskaper, t.ex. elasticitetsmodul. Vid användning av ”the rule of mixtures”, krävs fiber volymandelen. Arbetet förvekligades genom att modellera textiler som används i kompositer. Modelleringen gjordes med pro-grammet SolidWorks som är ett 3D planerings program. Eftersom SolidWorks vanligtvis inte används för denna sorts arbete, fungerar detta också som en studie för hur pålitlig metoden är. Arbetet gjort i detta examensarbete kan indelas i tre kategorier. Analytiska räkningar för textiler som är lämpliga för det, modellerade resultat och mikroskopiska bil-der av färdiga kompositer. Analytiska resultaten jämfördes med modellerade resultaten av samma sorts textiler och visades vara identiska. Detta bevisar att modellering ger nog-granna resultat. Alla modellerings resultat presenteras med samma variation i trådavstånd. Vid analysering av resultaten gjordes en väsentlig observation. Det verkar som att för varje sammanflätning mellan trådar, ökar fiber volymandelen. Mikroskopiska bilderna togs och analyserades för att studera hur lika/olika modellerade textilerna är i jämförelse med praktiska textiler. Det visade sig att i praktiken är textiler i kompositer väldigt oför-utsägbara. Egenskaper som trådtjocklek, trådtvärsnitt osv. är aldrig konstanta. Slutsatsen av detta är att metoden som använts i detta arbete är bra för att studera effekten någon-ting har på fiber volymandel, men inte en optimal metod för estimering av fiber volyman-del för en specifik komposit före produktion.