مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

مقایسه‌ی میزان جذب انرژی کامپوزیت‌های تقویت‌شده با پارچه‌های حلقوی‌پودی آگزتیک و غیر آگزتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
مواد آگزتیک، موادی با ضریب پواسون منفی هستند. یعنی هنگامی که در یک جهت کشیده می‌شوند، در جهت عمود بر راستای کشش، منبسط می‌شوند و در اثر اعمال نیروی فشاری، در جهت دیگر منقبض می‌شوند. مواد آگزتیک به دلیل ویژگی‌های خاص خود، مانند مقاومت بالا در برابر فرورفتگی، انحنای سین‌کلاستیک، جذب انرژی در برابر ضربه، مقاومت برشی و ترک‌خوردگی، و نفوذپذیری متغیر برای کاربردهای مختلف مانند استفاده در کامپوزیت‌ها مورد توجه قرار گرفته‌اند. همچنین این ویژگی‌ها باعث شده تا برای کاربردهای مختلف مثل کاربرد پزشکی، محافظتی و ورزشی مناسب باشند. هدف از انجام این تحقیق، استفاده از پارچه‌های آگزتیک حلقوی پودی، به‌عنوان فاز تقویت‌کننده در کامپوزیت است. بدین منظور با استفاده از نخ پلی‌استر با نمره یکسان، دو دسته پارچه‌ با ساختار آگزتیک و غیر آگزتیک تولید شد. سپس کامپوزیت تقویت‌شده با استفاده از این پارچه‌ها و رزین پلی‌اورتان تهیه شد. به‌منظور بررسی میزان جذب انرژی کامپوزیت‌های تولید شده در اثر اعمال نیروی ضربه، از آزمایش ضربه‌ی سرعت پایین سقوط وزنه استفاده شد. نتایج نشان دادند که نمونه‌های کامپوزیت تقویت‌شده با پارچه‌ی آگزتیک نسبت به نمونه‌ی کامپوزیت تقویت‌شده با پارچه‌ی غیر آگزتیک، 8 تا 9 برابر جذب انرژی بیشتری دارند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Comparison of energy absorption of composites reinforced with auxetic and non-auxetic weft-knitted fabrics

نویسندگان English

Shiva Aghazadeh
Hooshang Nosraty
Seyed Abolfazl Mirdehghan
Department of Textile Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
چکیده English

Auxetic materials are materials with a negative Poisson’s ratio, meaning that when stretched in one direction, they expand in the perpendicular direction, and when subjected to compressive force, they contract in the other direction. Due to their unique properties, such as high indentation resistance, synclastic curvature, energy absorption under impact, shear and crack resistance, and variable permeability, auxetic materials have attracted attention for various applications, including composites. These characteristics also make them suitable for medical, protective, and sports applications. This study aims to use auxetic weft-knitted fabrics as the reinforcing phase in composites. For this purpose, two types of fabrics—auxetic and non-auxetic—were produced using polyester yarns of the same count. The composites were then fabricated by reinforcing them with these fabrics and polyurethane resin. To evaluate the energy absorption of the produced composites under impact force, a low-velocity impact test using a drop-weight system was conducted. The results showed that composites reinforced with auxetic fabric had 8 to 9 times more energy absorption compared to those reinforced with non-auxetic fabric.

کلیدواژه‌ها English

Composite
Auxetic
Negative Poisson’s Ratio
Auxetic Textiles
Impact Energy Absorption
[1] Lim TC. Auxetic materials and structures. Singapore: Springer Singapore; 2015.
[2] Boakye A, Chang Y, Raji RK, Ma P. A review on auxetic textile structures, their mechanism and properties. Journal of Textile Science & Fashion Technology. 2019;2(1):1-0. doi: 10.33552/JTSFT.2019.02.000526
[3] Wang Z, Hu H. Auxetic materials and their potential applications in textiles. Textile Research Journal. 2014 Sep;84(15):1600-11. doi: 10.1177/0040517512449051
[4] Ren X, Das R, Tran P, Ngo TD, Xie YM. Auxetic metamaterials and structures: a review. Smart materials and structures. 2018 Jan 24;27(2):023001. doi: 10.1088/1361-665X/aaa61c
[5] Shukla S, Sharma J, Singh O, Behera BK. Auxetic textiles, composites and applications. Textile Progress. 2024 Jul 2;56(3):323-414. doi: 10.1080/00405167.2024.2328504
[6] Hasanzadeh R. Designing and manufacturing a novel polymeric hybrid auxetic structure using 3D printing method by combining arrow-head and missing rib structures. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2025 Jan 20;11(11):67-76. doi: 10.22034/ijme.2024.487862.2025 [In Persian]
[7] Hu H, Zulifqar A. Auxetic textile materials-a review. Journal of Textile Engineering & Fashion Technology. 2016;1(00002). doi: 10.15406/jteft.2016.01.00002
[8] Hu H, Wang Z, Liu S. Development of auxetic fabrics using flat knitting technology. Textile Research Journal. 2011 Sep;81(14):1493-502. doi: 10.1177/0040517511404594
[9] Xu W, Sun Y, Raji KR, Ma P. Design and fabrication of novel auxetic weft-knitted fabrics with Kevlar yarns. Journal of the Textile Institute. 2019 Sep 2;110(9):1257-62. doi: 10.1080/00405000.2018.1557359
[10] Sun Y, Xu W, Wei W, Ma P, Xia F. Stab-resistance of auxetic weft-knitted fabric with Kevlar fibers at quasi-static loading. Journal of Industrial Textiles. 2021 Apr;50(9):1384-96. doi: 10.1177/1528083719865044
[11] Karaduman NS, Karaduman Y, Ozdemir H, Ozdemir G. Textile reinforced structural composites for advanced applications. InTextiles for advanced applications 2017 Sep 20. IntechOpen.  doi: 10.5772/intechopen.68245
[12] Kaw AK. Mechanics of composite materials. CRC press; 2005 Nov 2.
[13] Wang Z, Zulifqar A, Hu H. Auxetic composites in aerospace engineering. InAdvanced composite materials for aerospace engineering 2016 Jan 1 (pp. 213-240). Woodhead Publishing.
[14] Steffens F, Rana S, Fangueiro R. Development of novel auxetic textile structures using high performance fibres. Materials & Design. 2016 Sep 15;106:81-9. doi: 10.1016/j.matdes.2016.05.063
[15] Steffens F, Oliveira FR, Fangueiro R. Energy absorption from composite reinforced with high performance auxetic textile structure. Journal of Composite Materials. 2021 Mar;55(7):1003-13. doi: 10.1177/0021998320964552
[16] Boakye A, Raji RK, Ma P, Cong H. Compressive property of an auxetic-knitted composite tube under quasi-static loading. Autex Research Journal. 2020 Jun 1;20(2):101-9. doi: 10.2478/aut-2019-0020
[17] Chang Y, Ma P, Jiang G. Energy absorption property of warp-knitted spacer fabrics with negative Possion’s ratio under low velocity impact. Composite Structures. 2017 Dec 15;182:471-7. doi: 10.1016/j.compstruct.2017.09.065
[18] Aghazadeh S, Nosraty H, Asayesh A, Rabiee M. Effect of Structural Parameters on the Auxetic Behavior of Weft-Knitted Fabrics Based on Foldable Structures. Fibers and Polymers. 2025 Jan;26(1):391-401. doi: 10.1007/s12221-024-00773-4