Steel fiber composites

Abstract

Composite materials are often made of glass fiber or carbon fiber together with epoxy or polyester. These materials are used in structures like wind or tidal turbine blades due to their good mechanical properties but they are complicated to recycle. The aim of this project is to develop composites that can be used for tidal turbine blade and that are easy to recycle. Steel fiber composites have the possibility to fulfill these requirements and therefore will this project investigate steel fiber solutions, building steel fiber composites and characterize their properties.

Two types of fibers have been used, Sandvik spring wire 12R20/T302 with a 0,15 mm diameter and Hardwire 3SX with a 0,48 mm diameter. These fibers are chosen from a very limited marked, because of their good mechanical properties. The theoretical mechanical properties for use in composites with epoxy have been calculated and composite materials with both fibers have been constructed.

Tensile, fatigue and fiber fraction test have been made on both materials in order to characterize the mechanical properties. A recycling test has been performed on both materials which show that recycling is possible for both materials.

The Sandvik spring wire composite was the material with best results regarding mechanical properties. Material data from this thesis have been used for design of a tidal energy turbine blade made by a co student in releted project. The weight of this turbine blade is only 30% higher than a blade made of glass fiber composite.

The conclusion of this master thesis is that it is possible to build steel fiber composites with good mechanical properties and they materials made with both Sandvik spring wire and Hardwire 3SX are recyclable. The Sandvik spring wire composite is the best choice regarding the use in a tidal energy turbine blades.

Komposittmaterialer er ofte laget av glassfiber eller karbonfiber sammen med epoxy eller polyester. Disse materialene blir brukt i konstruksjoner som vind- eller tidevannsturbinblader på grunn av deres gode mekaniske egenskaper. De er dog vanskelige å resirkulere. Hensikten med dette prosjektet er å utvikle kompositter som kan brukes til tidevannsturbinblader og samtidig er enkle å resirkulere. Stålfiberkompositter har muligheten til å fullbyrde disse kravene og derfor vil arbeidet i dette prosjektet bestå av å utforske stålfiberløsninger, lage stålkompositter og karakterisere deres egenskaper.

To fibertyper har blitt brukt, Sandvik spring wire 12R20/T302 med en diameter på 0,15 mm og Hardwire 3SX med en diameter på 0,48 mm. Disse fibrene er valgt ut fra et meget begrenset marked på grunn av deres gode mekaniske egenskaper. De teoretiske mekaniske egenskapene for bruk i kompositter med epoxy har blitt regnet ut og komposittmaterialer med begge fibrene har blitt laget.

Strekk-, utmatnings- og fiberandelstester er gjennomført for begge materialene for å karakterisere de mekaniske egenskapene. En resirkuleringstest er gjort for begge materialene. Denne viser at resirkulering er mulig for begge materialene.

Sandviks spring wire komposittet var det materialet med best resultater når det gjelder mekaniske egenskaper. Materialdata fra denne oppgaven har blitt brukt til å designe et tidevannsturbinblad leget av en medstudent. Vekten på dette turbinbladet er bare 30 % høyere enn et blad laget av glassfiberkompositt.

Konklusjonen på denne masteroppgaven er at det er mulig å lage stålfiberkompositter med gode mekaniske egenskaper, og at materialer laget med både Sandvik spring wire og Hardwire 3SX er resirkulerbare. Sandvik spring wire - komposittet er det beste valget til bruk i et tidevannsturbinblad.