Conception et caractérisation de structures composites à géométrie adaptative à l’aide de renforts tissés multicouches 3D

Shape memory polymer (SMP) composites are attractive and excellent smart materials due to their outstanding properties and rich functionality as they combine typical mechanical and functional properties of composites with shape memory properties. In particular, 3D reinforced preforms have tremendous potential for the development of functional composites by using the capabilities of 3D woven fabric preform design, and polymer shape memory behavior. Within that scope, this work aims to investigate the shape memory behavior and shape recovery properties of a specific type of 3D multilayer woven SMP composite in response to external stimuli. For this purpose, nine different multilayer stitched fabrics are produced with different weave structures, and different fabric thread densities using polyimide filaments. Then, a series of tests is carried out on these fabrics to evaluate their mechanical and physical properties. The layered fabric design that delivers high mechanical performance is next involved to manufacture the SMP composite samples. A series of experiments including three-point bending and interlaminar shear tests are then performed on these SMP composites to investigate their mechanical responses at different temperatures. Furthermore, the shape memory and shape recovery capability of developed 3D reinforced composite structure are investigated. Fold-deploy and other shape memory cycle tests are performed to evaluate the shape memory characteristics. An optical 3D scanner based on fringe projection is next proposed to precisely acquire the geometry data and perform deformation analysis to quantitatively evaluate the shape fixity and shape recovery behaviors. Finally, sensitive shape fixity and recovery behavior of active shape memory polymer composite is recorded by sophisticated 3 point bending sensor. The results from this study are very promising, demonstrating that these multilayer SMP structures can successfully be recovered following the desired design constraints without noticeable damage.Les composites à base de polymères à mémoire de forme (SMPC) peuvent être considéré comme des matériaux actifs, car ils combinent les propriétés mécaniques et fonctionnelles typiques des composites avec des propriétés de mémoire de forme. En particulier, les préformes fibreuses tridimensionnelles (3D) ont un potentiel énorme pour le développement de ces composites car elles permettent de combiner leurs capacités de conception 3D et le comportement de polymère à mémoire de forme de la matrice. Dans ce cadre, ce travail vise à étudier le comportement de la mémoire de forme et les propriétés de récupération de forme d'un type spécifique de composite SMPC multicouche tissé 3D (SMPC 3D) soumis à stimuli thermiques, externe puis interne. Une série de tests est effectuée sur neuf renforts 3D pour évaluer leurs propriétés mécaniques et physiques puis le renfort qui présente les meilleures performances mécaniques est ensuite utilisée pour fabriquer les échantillons composites SMPC 3D. Des essais comprenant des tests de flexion trois points et de cisaillement inter laminaire sont ensuite réalisés pour étudier leur réponse mécanique pour différentes températures.Ensuite par des essais spécifiques, la mémoire de forme et la capacité de récupération de forme de ces composite sont étudiées. Un scanner 3D basé sur la projection de franges est utilisé pour acquérir précisément les données géométriques et effectuer une analyse de déformation afin d'évaluer quantitativement la fixité de la forme et les comportements de récupération du composite à mémoire de forme. Enfin, une étude complète portant sur les deux étapes caractéristiques pour un composite à mémoire de forme, la fixation de la forme (fixity) et le retour à la forme initiale (recovery) est présentée. Elle repose sur le développement d’un essais mécanique particulier basé sur un essai de flexion trois point et met en œuvre des composites autonomes, c’est-à-dire comportant une activation thermique interne qui peut être piloté par effet Joule. Les résultats de cette étude sont très prometteurs pour des applications de structures déployables, car ils montrent que ces structures SMPC 3D peuvent retrouver leur forme initiale avec succès et sans apparition de dommages notables même pour des niveaux de compaction important imposé sur la structure lors de la phase initiale de fixation de la forme

Conception et caractérisation de structures composites à géométrie adaptative à l’aide de renforts tissés multicouches 3D

Les composites à base de polymères à mémoire de forme (SMPC) peuvent être considéré comme des matériaux actifs, car ils combinent les propriétés mécaniques et fonctionnelles typiques des composites avec des propriétés de mémoire de forme. En particulier, les préformes fibreuses tridimensionnelles (3D) ont un potentiel énorme pour le développement de ces composites car elles permettent de combiner leurs capacités de conception 3D et le comportement de polymère à mémoire de forme de la matrice. Dans ce cadre, ce travail vise à étudier le comportement de la mémoire de forme et les propriétés de récupération de forme d'un type spécifique de composite SMPC multicouche tissé 3D (SMPC 3D) soumis à stimuli thermiques, externe puis interne. Une série de tests est effectuée sur neuf renforts 3D pour évaluer leurs propriétés mécaniques et physiques puis le renfort qui présente les meilleures performances mécaniques est ensuite utilisée pour fabriquer les échantillons composites SMPC 3D. Des essais comprenant des tests de flexion trois points et de cisaillement inter laminaire sont ensuite réalisés pour étudier leur réponse mécanique pour différentes températures.Ensuite par des essais spécifiques, la mémoire de forme et la capacité de récupération de forme de ces composite sont étudiées. Un scanner 3D basé sur la projection de franges est utilisé pour acquérir précisément les données géométriques et effectuer une analyse de déformation afin d'évaluer quantitativement la fixité de la forme et les comportements de récupération du composite à mémoire de forme. Enfin, une étude complète portant sur les deux étapes caractéristiques pour un composite à mémoire de forme, la fixation de la forme (fixity) et le retour à la forme initiale (recovery) est présentée. Elle repose sur le développement d’un essais mécanique particulier basé sur un essai de flexion trois point et met en œuvre des composites autonomes, c’est-à-dire comportant une activation thermique interne qui peut être piloté par effet Joule. Les résultats de cette étude sont très prometteurs pour des applications de structures déployables, car ils montrent que ces structures SMPC 3D peuvent retrouver leur forme initiale avec succès et sans apparition de dommages notables même pour des niveaux de compaction important imposé sur la structure lors de la phase initiale de fixation de la forme.Shape memory polymer (SMP) composites are attractive and excellent smart materials due to their outstanding properties and rich functionality as they combine typical mechanical and functional properties of composites with shape memory properties. In particular, 3D reinforced preforms have tremendous potential for the development of functional composites by using the capabilities of 3D woven fabric preform design, and polymer shape memory behavior. Within that scope, this work aims to investigate the shape memory behavior and shape recovery properties of a specific type of 3D multilayer woven SMP composite in response to external stimuli. For this purpose, nine different multilayer stitched fabrics are produced with different weave structures, and different fabric thread densities using polyimide filaments. Then, a series of tests is carried out on these fabrics to evaluate their mechanical and physical properties. The layered fabric design that delivers high mechanical performance is next involved to manufacture the SMP composite samples. A series of experiments including three-point bending and interlaminar shear tests are then performed on these SMP composites to investigate their mechanical responses at different temperatures. Furthermore, the shape memory and shape recovery capability of developed 3D reinforced composite structure are investigated. Fold-deploy and other shape memory cycle tests are performed to evaluate the shape memory characteristics. An optical 3D scanner based on fringe projection is next proposed to precisely acquire the geometry data and perform deformation analysis to quantitatively evaluate the shape fixity and shape recovery behaviors. Finally, sensitive shape fixity and recovery behavior of active shape memory polymer composite is recorded by sophisticated 3 point bending sensor. The results from this study are very promising, demonstrating that these multilayer SMP structures can successfully be recovered following the desired design constraints without noticeable damage

Conception et caractérisation de structures composites à géométrie adaptative à l’aide de renforts tissés multicouches 3D

Shape memory polymer (SMP) composites are attractive and excellent smart materials due to their outstanding properties and rich functionality as they combine typical mechanical and functional properties of composites with shape memory properties. In particular, 3D reinforced preforms have tremendous potential for the development of functional composites by using the capabilities of 3D woven fabric preform design, and polymer shape memory behavior. Within that scope, this work aims to investigate the shape memory behavior and shape recovery properties of a specific type of 3D multilayer woven SMP composite in response to external stimuli. For this purpose, nine different multilayer stitched fabrics are produced with different weave structures, and different fabric thread densities using polyimide filaments. Then, a series of tests is carried out on these fabrics to evaluate their mechanical and physical properties. The layered fabric design that delivers high mechanical performance is next involved to manufacture the SMP composite samples. A series of experiments including three-point bending and interlaminar shear tests are then performed on these SMP composites to investigate their mechanical responses at different temperatures. Furthermore, the shape memory and shape recovery capability of developed 3D reinforced composite structure are investigated. Fold-deploy and other shape memory cycle tests are performed to evaluate the shape memory characteristics. An optical 3D scanner based on fringe projection is next proposed to precisely acquire the geometry data and perform deformation analysis to quantitatively evaluate the shape fixity and shape recovery behaviors. Finally, sensitive shape fixity and recovery behavior of active shape memory polymer composite is recorded by sophisticated 3 point bending sensor. The results from this study are very promising, demonstrating that these multilayer SMP structures can successfully be recovered following the desired design constraints without noticeable damage.Les composites à base de polymères à mémoire de forme (SMPC) peuvent être considéré comme des matériaux actifs, car ils combinent les propriétés mécaniques et fonctionnelles typiques des composites avec des propriétés de mémoire de forme. En particulier, les préformes fibreuses tridimensionnelles (3D) ont un potentiel énorme pour le développement de ces composites car elles permettent de combiner leurs capacités de conception 3D et le comportement de polymère à mémoire de forme de la matrice. Dans ce cadre, ce travail vise à étudier le comportement de la mémoire de forme et les propriétés de récupération de forme d'un type spécifique de composite SMPC multicouche tissé 3D (SMPC 3D) soumis à stimuli thermiques, externe puis interne. Une série de tests est effectuée sur neuf renforts 3D pour évaluer leurs propriétés mécaniques et physiques puis le renfort qui présente les meilleures performances mécaniques est ensuite utilisée pour fabriquer les échantillons composites SMPC 3D. Des essais comprenant des tests de flexion trois points et de cisaillement inter laminaire sont ensuite réalisés pour étudier leur réponse mécanique pour différentes températures.Ensuite par des essais spécifiques, la mémoire de forme et la capacité de récupération de forme de ces composite sont étudiées. Un scanner 3D basé sur la projection de franges est utilisé pour acquérir précisément les données géométriques et effectuer une analyse de déformation afin d'évaluer quantitativement la fixité de la forme et les comportements de récupération du composite à mémoire de forme. Enfin, une étude complète portant sur les deux étapes caractéristiques pour un composite à mémoire de forme, la fixation de la forme (fixity) et le retour à la forme initiale (recovery) est présentée. Elle repose sur le développement d’un essais mécanique particulier basé sur un essai de flexion trois point et met en œuvre des composites autonomes, c’est-à-dire comportant une activation thermique interne qui peut être piloté par effet Joule. Les résultats de cette étude sont très prometteurs pour des applications de structures déployables, car ils montrent que ces structures SMPC 3D peuvent retrouver leur forme initiale avec succès et sans apparition de dommages notables même pour des niveaux de compaction important imposé sur la structure lors de la phase initiale de fixation de la forme

Opracowanie wielowarstwowych tkanin dla struktury kompozytowej o geometrii adaptacyjnej

In this study nine multilayer 3D woven structures were produced using polyamide filament yarns both in the warp and weft direction. Three different weaves: plain, 1/3 twill and 3/1 rib in the middle layer, and plain weave in both the top and bottom layers were produced. All specimens were developed on a narrow weaving machine equipped with multi beams and creel options. The samples were tested for tensile strength, air permeability, compressibility, resilience, bending and shear stiffness. Better compressibility was observed in 3/1 warp rib, followed by 1/3 twill and plain weave in the middle layer. Shear stiffness and bending rigidity were higher for those fabrics which had a plain weave in all layers and higher filling density. The air permeability was higher for low weft density, plain weave and its derivative 3/1 warp rib in the middle layer. Tensile strength was higher for those fabrics which were produced with higher weft densities.W badaniu wytworzono dziewięć wielowarstwowych tkanych struktur 3D z przędz z włókien poliamidowych zarówno w kierunku osnowy, jak i wątku. Zastosowano trzy rodzaje splotów. Próbki zbadano pod kątem wytrzymałości na rozciąganie, przepuszczalności powietrza, ściśliwości, sprężystości, zginania i sztywności. Wartości sztywności były wyższe dla tych tkanin, które miały splot płócienny we wszystkich warstwach i większą gęstość wypełnienia. Przepuszczalność powietrza była wyższa dla wątku o małej gęstości i splotu płóciennego. Wytrzymałość na rozciąganie była wyższa dla tkanin, które były wytwarzane z większą gęstością wątku

Design and characterization of 3D multilayer woven reinforcements shape memory polymer composites

Shape memory polymer (SMP) composites are attractive and excellent smart materials due to their outstanding properties and rich functionality as they combine typical mechanical and functional properties of composites with shape memory properties. In particular, 3D reinforced preforms have tremendous potential for the development of functional composites by using the capabilities of 3D woven fabric preform design, and polymer shape memory behavior. Within that scope, this work aims to investigate the shape memory behavior and shape recovery properties of a specific type of 3D multilayer woven SMP composite in response to external stimuli. For this purpose, nine different multilayer stitched fabrics are produced with different weave structures, and different fabric thread densities using polyimide filaments. Then, a series of tests is carried out on these fabrics to evaluate their mechanical and physical properties. The layered fabric design that delivers high mechanical performance is next involved to manufacture the SMP composite samples, for which shape recovery capability is investigated. Fold-deploy and other shape memory cycle tests are performed to evaluate the shape memory characteristics. An optical 3D scanner based on fringe projection is further proposed to precisely acquire the geometry data and perform deformation analysis to quantitatively evaluate the shape fixity and shape recovery behaviors. The results from this study are very promising, demonstrating that these multilayer SMP structures can successfully be recovered following the desired design constraints without noticeable damage

Multifunctional Electrically Conductive Copper Electroplated Fabrics Sensitizes by In-Situ Deposition of Copper and Silver Nanoparticles

In this study, we developed multifunctional and durable textile sensors. The fabrics were coated with metal in two steps. At first, pretreatment of fabric was performed, and then copper and silver particles were coated by the chemical reduction method. Hence, the absorbance/adherence of metal was confirmed by the deposition of particles on microfibers. The particles filled the micro spaces between the fibers and made the continuous network to facilitate the electrical conduction. Secondly, further electroplating of the metal was performed to make the compact layer on the particle- coated fabric. The fabrics were analyzed against electrical resistivity and electromagnetic shielding over the frequency range of 200 MHz to 1500 MHz. The presence of metal coating was confirmed from the surface microstructure of coated fabric samples examined by scanning electron microscopy, EDS, and XRD tests. For optimized plating parameters, the minimum surface resistivity of 67 Ω, EMI shielding of 66 dB and Ohmic heating of 118 °C at 10 V was observed. It was found that EMI SH was increased with an increase in the deposition rate of the metal. Furthermore, towards the end, the durability of conductive textiles was observed against severe washing. It was observed that even after severe washing there was an insignificant increase in electrical resistivity and good retention of the metal coating, as was also proven with SEM images