Relationships between LRI process parameters and impact and post-impact behaviour of stitched and unstitched NCF laminates

The general context of the development of out-of-autoclave processes in the aeronautics industry raises the question of the possible links between these new processes and impact behaviour. In this study, a Taguchi table was used in a design of experiment approach to establish possible links. The study focused on the liquid resin infusion process applied to laminates made with stitched or unstitched quadri-axial carbon Non-Crimp Fabric(NCF). On the basis of previous studies and an analysis of the literature, five process parameters were selected (stitching, curing temperature, preform position, number of highly porous media, vacuum level). The impact energy was set at 35 J in order to obtain enough residual dent depth. The parameters analysed during and after impact were: maximum displacement of the impactor, energy absorbed, permanent indentation depth, and delaminated surface. Then, compression after impact tests were performed and the corresponding average stress was measured. The interactions found by statistical analysis show a very high sensitivity to stitching, which was, of course, expected. A very significant influence of curing temperature and a significant influence of preform position were also found on the permanent indentation depth and a physical explanation is provided. Globally, it was demonstrated that the resin infusion process itself did not influence the impact behaviour

Comparaison des cinétiques de réaction de la résine RTM6 à l'aide des diagrammes TTT

National audienceThe purpose of this article is to propose a time temperature transformation diagram) (T.T.T diagram) of the resin RTM6 on the basis of published datas. RTM6 resin is a resin used in aeronautics. The TTT diagram gives a graphical representation of the evolution of isothermal curing and zones of transition (gel, vitrification). Variation of the kinetics of curing on both sides the vitrification line is also illustrated. Through existing sets of parameters, the object is also to represent the dispersal which we can have on these kineticsL'objet de cet article est de proposer un diagramme temps température transformation (TTT) de la résine RTM6 sur la base de résultats publiés. La résine RTM6 est une résine utilisée en aéronautique. Le diagramme TTT donne une représentation graphique de l'évolution de la cuisson isotherme et des zones de transition (gel, vitrification). La variation de la cinétique de cuisson de part et d'autre de la vitrification est également représentée. Au travers des différents jeux de paramètres existants l'objet est également de représenter la dispersion que l'on peut avoir sur ces cinétiques

Calcul et expériences sur le profil du front de résine en infusion

International audienceThe liquid resin infusion specificity is to have a flexible membrane in surface that allows to show the flow of resin directly. The flow of resin in textile preform is late in comparison with drainage cloth. The calculation of the gap of the fronts of resin in both medias is numerically accomplished by one simple method. This simulation reproduces in 80 % the gap of the flow front as well as the time of filling. A simple equation allowing to calculate gap in infusion is also offered.L'infusion de résine liquide présente la particularité d'avoir une membrane souple en surface ce qui permet de visualiser directement l'écoulement de résine. L'écoulement de résine dans le textile est en retard par rapport au tissu drainant. Le calcul du décalage des fronts de résine dans les deux milieux est réalisé numériquement par une méthode simple. Ces simulations reproduisent à 80 % le décalage du front ainsi que le temps de remplissage. Une équation simple permettant de calculer le décalage en infusion est également proposée

Effects of process parameters on the mechanical properties and morphology of stitched and non-stitched carbon/epoxy liquid resin-infused NCF laminate, out of autoclave and out of oven

International audienceThe effects of resin infusion process parameters on the mechanical properties of stitched or non-stitched composite laminates out of autoclave were studied using the design of experiment method. This method was chosen due to the complexity of the problem. The preforms used were laminates of multi-axial quasi-isotropic non-crimp fabric (NCF), either stitched or non-stitched. A literature review identified nine parameters as the key design-of-experiment factors: sewing; the number of NCFs; the number of high-porous media; the interaction between the number of NCFs and the number of high-porous media; the mould temperature, injection temperature and cure temperature; the position of the preform; and, finally, the vacuum level. The mechanical properties studied and the morphological analysis carried out concerned the resistance in tension, compression and shear, the glass transition temperature, the thickness of the finished laminate, and the fibre volume fraction and porosity. The study revealed the best suited manufacturing conditions

Behaviour and damage of injected carbon-fibre-reinforced polyether ether ketone: From process to modelling

International audienceShort-carbon-fibre-reinforced polyether ether ketones are materials of great interest for the aeronautical industry. In this study, a design of experiment was carried out to understand the effect of process parameters on micro- and macro-scale properties of injection-moulded short-carbon-fibre-reinforced polyether ether ketone (90HMF40). Mould temperature was found to be the most significant parameter; it had a positive effect, essentially on failure stress and strain. Once the damage and plasticity scenarios were understood, a micromechanical model based on Mori-Tanaka homogenization theory was developed, featuring micro-damage and coupling with macro-plasticity. This model gave good predictions for quasi-static tensile tests

Comparaison du calcul à l'essai sur composites mis en oeuvre par injection sur renfort

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Optimisation de la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) des matériaux composites fabriqués par LRI en fonction des paramètres de fabrication

Issu de : Rotomoulage, Thermoformage et Soufflage (RTS 2009), 11 au 13 mars 2009, Albi, FRANCENational audienceOptimization of Interlaminar Shear Strength (ILSS) of composites materials made by Liquid Resin Infusion (LRI) according to the manufacturing parameters. The liquid resin infusion (LRI) process is a composite manufacturing technique where liquid resin infuses through the thickness of the preform reinforcement. Understanding the physical phenomena occurring during vacuum infusion process (VIP) allowed to identify the manufacturing parameters that have the largest effects on the variation of mechanical properties of composite structures. These parameters are classified by tree sets: texture reinforcement, process configuration and process temperatures. An experimental plan was designed to identify the relationship between the manufacturing parameters and mechanical properties of infused composites. The goal of this study is to propose and optimize the mechanical properties of quadri axial carbon non-crimp-fabric (NCF)/epoxy RTM 6 composites according to the LRI process parameters. In this research, influences and effects of these parameters on the Interlaminar Shear Strength (ILSS) and the void contentVpof structures made were analysed statistically. Results showed the in-crease ofVpdepending on increasing of mould temperature and increasing of curing tem-perature of epoxy RTM 6 resin. Void content inside infused composites increases when, thenumber of carbon NCF layers which constitutes the preform reinforcement increases. Thislast result is confirmed with the consideration of the number of carbon NCF layers in aunique manner like a influenced process parameter. This result is verified also when thenumber of NCF layers is in interaction between number of high porous media (HPM) layersfabric. This fabric helps draining resin alongthe length of structure during the process. Theanalysis proved that the Interlaminar shear properties are influenced by void content.La technique de fabrication de composites par infusion de résine (LRI : liquid resin infusion) consiste en l'imprégnation d'une résine liquide à travers l'épaisseur d'une préforme sèche. La compréhension des phénomènes physiques se produisant au cours des procédés d'infusion de résine sous vide a permis d'identifier les paramètres de fabrication qui ont le plus d'effets sur la variation des propriétés mécaniques des structures composites mises en oeuvre. Ces paramètres sont classés en trois groupes : la texture du renfort, la configuration du procédé et les températures du procédé. Un plan d'expérience a été conçu pour comprendre les relations qui existent entre les paramètres de fabrication et les propriétés mécaniques des composites infusés. Cette étude a pour finalité de proposer et d'optimiser les propriétés mécaniques des composites carbone quadri axiaux NCF (non-crimp-fabric)/époxy RTM 6 en jouant sur les paramètres liés au procédé LRI. Dans cette recherche, les influences et les effets de ces paramètres sur la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) et la fraction volumique en porosités V p des structures fabriquées sont analysés de manière statistique. L'étude a montré une croissance de V p en fonction de l'augmentation de la température du moule ainsi que de la température de réticulation de la résine. Le taux de porosités dans les composites infusés augmente lorsque le nombre de couches de carbone NCF constituant la préforme croît. Ce dernier résultat se vérifie en prenant en considération le nombre de couches de carbone NCF de manière unique comme paramètre d'influence, mais aussi lorsque celui-ci est en interaction avec le nombre de couches de tissu drainant la résine le long de la pièce au cours du processus d'infusion. Les résultats des analyses ont prouvé que les propriétés en cisaillement interlaminaire (RCIL) sont influencées par le taux de porosités du matériau

2.0 rCF based composite materials: manufacturing processes and mechanical properties

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Simulation du chauffage infrarouge des composites

National audienceRESUME: L'utilisation des matériaux composites dans les secteurs aéronautique et aérospatial a évolué au cours des dernières années. Ces matériaux à hautes performances présentent des propriétés mécaniques et physiques qui leur permettent de concurrencer les métaux. Une nouvelle méthode de mise en oeuvre de ces matériaux qui pourrait amener un gain en temps et d'énergie est la polymérisation du composite à l'aide d'un four infrarouge. Cette technique de chauffage infrarouge peut s'appliquer en particulier au processus d'infusion de résine LRI (Liquid Resin Infusion) où la résine est injectée à pression atmosphérique dans un demi moule qui contient le renfort fibreux et ayant une surface de recouvrement semi-transparente aux rayons infrarouges. L'injection se fait à l'aide d'une pompe à vide et le composite est placé face aux émetteurs infrarouges. Ces émetteurs sont de type halogène et sont fournis par la société TOSHIBA LIGHTING. Le chauffage commence après injection totale de la résine et sa stabilisation dans le moule. Le composite est modélisé par une plaque composée de plusieurs plis de carbone imprégnés d'une résine époxy (RTM6). La plaque est soumise à un flux radiatif incident, lequel est absorbé par le premier pli de carbone présent à la surface du composite. Ceci est due au fait que les fibres de carbone présentent une absorptivité assez élevée qu'on peut donc considérer le composite opaque vis-à-vis de l'infrarouge. L'ICA Albi a développé un logiciel (RAY-HEAT) qui calcule le terme source radiatif en 3D induit par le four infrarouge. Ce logiciel a été utilisé dans cette étude essentiellement pour calculer les rayons qui impactent la surface du composite ainsi que pour le calcul du flux radiatif. Le flux radiatif calculé à l'aide du logiciel RAYHEAT est imposé comme condition aux limites dans le logiciel commercial COMSOLMULTIPHYSICS. Celui ci résout par la méthode des éléments finis l'équation de chaleur couplée avec la cinétique de réticulation de la résine afin de modéliser la polymérisation par infrarouge. La température et le degré de réticulation au sein du composite sont ainsi calculées. Un montage expérimental permettant le chauffage infrarouge du composite instrumenté a été réalisé au laboratoire afin de valider les résultats numériques de l'étape de chauffage

Effect of size, concentration, and nature of fillers on crystallinity, thermal, and mechanical properties of polyetheretherketone composites

Polyetheretherketone (PEEK) composites exhibit high stiffness, chemical stability, and heat resistance and they are therefore employed in applications under severe operating environments. This work aims to provide insight into the effect of the size, concentration, and type of fillers on the thermal and mechanical properties of PEEK. A total of 32 composites are used to highlight the influence of nature (lamellae, such as boron nitride and graphite and silicon carbide and alumina), size (nano and micrometric), and content (2.5, 5, 7.5, and 10 vol%) of fillers. The melting temperature and lamellar thickness did not change regardless of the nature of the filler. The thermomechanical analysis demonstrates that lamellar fillers form a percolating network and contribute significantly to the enhancement of the storage modulus. The increase in the storage modulus is proportional to the filler content, and it is more pronounced for micro composites. As expected, the percolating network is formed at lower concentrations for lamellar fillers than for spherical ones. The highest conductivity is achieved with graphite at 0.823 W/(m·K), which is twice that of PEEK for 10 vol%. Moreover, the use of micrometric fillers results in thermal conductivity enhancement attributed to the higher amount of efficient hot zones for heat transfer