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

Contribution à l'étude des variabilités des propriétés des stratifiés fabriqués par infusion de résine liquide

L'intérêt croissant du développement des procédés hors-autoclave et à bas coût dans l'industrie aéronautique conduit à s'interroger sur les liens possibles entre les paramètres de ces nouveaux procédés et les propriétés mécaniques des pièces composites obtenues. Dans cette étude, la méthode des plans d'expériences par les tables de Taguchi est utilisée pour établir les relations éventuelles entre les paramètres procédés de fabrication par infusion de résine liquide et les résistances à rupture en traction, compression, cisaillement inter laminaire ainsi que le comportement à l'impact et en compression après impact des stratifiés infusés. Les stratifiés sont fabriqués à l'aide de quadri-axiaux NCF cousus ou non-cousus infusés de résine époxy de type RTM 6. Les propriétés morphologiques de ces stratifiés tels que les taux volumiques de fibres et de porosités, la température de transition vitreuse et l'épaisseur de la structure ont aussi fait l'objet d'une recherche des liens possibles avec ces paramètres. Huit paramètres procédés (nombre de couches de NCF, couture, nombre de tissu drainant, côté de la plaque pendant l'infusion, niveau de vide, température d'injection, température du moule, température de cuisson) et une interaction entre le nombre de couches de NCF et de tissu drainant ont été identifiés à la suite d'une étude bibliographique. Une analyse statistique par une méthode de régression multilinéaire a été faite sur les propriétés des stratifiés infusés non-cousus, puis cousus pour trouver les influences des différents paramètres sur chaque propriété. La couture a un effet bénéfique sur la résistance en compression pure et en compression après impact. Elle contribue aussi à l'augmentation de la résistance au cisaillement interlaminaire et à la réduction de la propagation des dommages à l'intérieur du matériau. Cette analyse a été complétée par des observations microscopiques pour détecter les présences, tailles, positions, et quantités de porosités résiduelles et les modes d'endommagement dus à l'impact. Les taux de porosités obtenus globalement faibles (inférieur à 1%) avec des taux de fibres élevés (supérieur à 60%) dans ces stratifiés infusés permettraient a priori l'utilisation de ce procédé pour des pièces aéronautiques. Il a été noté que la présence de macros porosités contribue à la réduction des résistances à rupture des stratifiés infusés. Ces défauts sont a priori aussi à l'origine d'une augmentation de l'indentation résiduelle. Ce lien établi par la méthode des plans d'expérience semble confirmer un scénario de blocage de débris pour expliquer la création de cette indentation.The aeronautical sector is now very interested by the development of out-of-autoclave processes and low cost structures. The question is to find the possible links between the parameters of these new processes and mechanical properties of composite parts obtained. In this study, experimental plan method by Taguchi tables is used to establish the possible relationships between the process parameters of liquid resin infusion and the ultimate tensile strengths, ultimate compressive strengths and interlaminar shear strengths, and also the properties in impact and compression after impact of infused laminates. Laminates are infused using the quadriaxial Non-Crimp-Fabrics (NCF) stitched and unstitched with epoxy resin RTM 6. The possible links with the process parameters and morphological properties of these laminates such as fiber volume fraction, void contents, glass transition temperature and thickness of the structure have also been investigated. Eight process parameters (number of NCF layers, stitching, number of High Porous Media (HPM) layers, plate side during the infusion, vacuum level, injection temperature, mould temperature, curing temperature) and an interaction between the number of NCF layers and HPM layers have been identified by literature review. Statistical analysis using multilinear regression method was performed on the properties of infused laminates stitched and unstitched to find influence of parameters on each property. Stitching has a good effect on ultimate compressive strength and compression after impact strength. It contributes also to increase interlaminar shear strength and to reduce damage propagation inside material. Microscopic observations were done to complete and improve the comprehension of statistical analysis results. They allowed detecting presences, sizes, localisations, and number of residual voids inside laminates. Different damages modes caused by impact were also observed. Voids content obtained in infused laminates made is generally lower (less than 1%) with higher fiber volume fraction (greater than 60%). These results allow using this process for aircraft parts. The presence of macro voids goes to the reduction of ultimate strengths of infused laminates. These defects cause increase of residual indentation. The link established by experimental plan method seems to ensure the explication about the creation of the blocking debris of this indentation

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

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

Influence géométrique de la présence de fils de couture sur la perméabilité d'un stratifié

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Influence géométrique de la présence de fils de couture sur la perméabilité d'un stratifié

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EFFECT OF PROCESS PARAMETERS ON IMPACT ON COMPOSITES AND COMPRESSION AFTER IMPACT

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Relationships between process parameters and mechanical properties of laminated plates made by L.R.I.

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Composites NCF carbone epoxy infusés : matériaux -procédés -propriétés

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Etude du comportement à l'impact et en compression après impact des stratifiés infusés cousus et non-cousus

National audienceLe contexte général du développement des procédés hors-autoclave dans l'industrie aéronautique conduit à s'interroger sur les liens possibles entre ces nouveaux procédés et le comportement mécanique à l'impact des pièces composites obtenues. Dans cette étude, un plan d'expérience a été utilisé pour établir ces liens éventuels. L'étude a portée sur le procédé d'infusion de résine liquide appliqué à des stratifiés de quadri-axiaux NCF cousus ou non cousus. Cinq paramètres procédés ont été retenus (couture, température de cuisson, position de préforme, nombre de tissus drainants, niveau de vide). Les plaques infusées ont été impactée à 35J et les paramètres d'étude retenus sont pendant et après l'impact : le déplacement maximal de l'impacteur, l'énergie absorbée, la profondeur d'indentation permanente, la surface délaminée. Puis des essais de compression après impact ont été réalisés et la contrainte moyenne correspondante mesurée. Les interactions trouvées par la méthode d'analyse statistique montrent une très forte sensibilité des paramètres d'impact à la présence de la couture, ce qui est attendu. Des influences de la température de cuisson et de la position de la préforme, sont aussi trouvées sur la profondeur d'indentation permanente. Au bilan, il a été démontré que le procédé d'infusion de résine lui-même n'implique pas de comportement spécifique à l'impact