A CT scan analysis with open software of the effect of orientation and configuration of fibers in randomly oriented fiber composites failure

Abstract

CT scan data is analysed with open software and visually inspected to explore fracture mechanics of short randomly-oriented glassfiber low-density polyethylene composite. It is revealed the method is not accurate enough to provide definite results that can be connected to tensile strength, but coincides with literature concluding fiber bundles and low-aspect ratio fibers have lower strength capacity than more thoroughly mixed and longer fibers. It is also apparent from the study that contrary to prior literature, randomly oriented fiber reinforced composites are not isotropic, but anisotropic. This is speculated to be caused by the extrusion and shearing of the composite mass during manufacturing. However it is also found against the consensus, that the samples break often where there is more fiber, instead of less.

TT-kuvan data analysoidaan lyhyen satunnaisesti-suuntautuneen lasikuidun ja matalatiheyksisen polyeteenikomposiitin murtumamekaniikan tutkimusta varten avoimen lähdekoodin ohjelmistoilla. Selviää, että metodi ei ole tarpeeksi tarkka antaakseen täsmällisiä vetolujuuteen suhteutettavia tuloksia. Tulokset kuitenkin sivuavat paikoittain kirjallisuudessa todettuja asioita, kuten kuitunippujen ja matalan muotosuhteen kuitujen alentavaa vaikutusta materiaalin vetolujuuteen, verrattuna paremmin sekoitettuun ja pitempään kuituun. Keskeisenä löytönä selviää myös, että ruiskumuovatussa komposiitissa kuidut eivät ole satunnaisessa järjestyksessä luoden isotrooppisen materiaalin, vaan järjestäytyvät suuntautuen ruiskun päädyn mukaisesti luoden anisotrooppisen materiaalin. Löytyy kuitenkin myös tietoa kirjallisuutta vastaan kuten se, että murtuma tapahtuu useimmiten kuituisemmassa kohdassa kappaletta.