Effect of hot water immersion on the performance of carbon reinforced unidirectional poly(ether ether ketone) (PEEK) composites: Stress rupture under end-loaded bending

Bismarck, Alexander; Hofmeier, Markus; Dörner, Günter

doi:10.1016/j.compositesa.2006.03.004

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“…As aeronaves também operam em uma grande variação de condições ambientais tais como ar frio e seco, climas quentes e úmidos, elevada ou baixa taxa de radiação UV, etc; efeitos que dependendo do tempo de exposição podem causar a degradação das propriedades mecânicas, principalmente sua vida em fadiga [21] . As propriedades mecânicas dos compósitos de matriz polimérica podem ser degradadas por uma série de efeitos físicos e químicos, portanto é de suma importância entender tanto o material quanto o ambiente operacional a que este se encontra exposto [22,23] . Efeitos ambientais como umidade, temperatura, radiação UV, entre outros, presentes na atmosfera devem ser sempre considerados nos projetos de laminados estruturais antes de empregá-los em estruturas aeroespaciais [24][25][26] .…”

Section: Condicionamento Higrotérmicounclassified

“…Neste caso, a umidade pode causar a expansão volumétrica da matriz polimérica, gerando pequenas variações dimensionais e tensões internas. A taxa de absorção de umidade no compósito pode ser aumentada por picos térmicos acima de 140 °C, durante pequenos intervalos de tempo (típicos em voos supersônicos), que favorecem o surgimento de danos na forma de trincas superficiais no laminado, microtrincas na matriz e/ou na interface fibra/resina [22][23][24][25][26][27][28][29][30] . Em função do que foi exposto este trabalho tem como objetivo contribuir para a avaliação do efeito higrotérmico na resistência à fadiga de compósitos termoplásticos PPS/fibras de carbono.…”

Section: Condicionamento Higrotérmicounclassified

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Análise do efeito higrotérmico no comportamento em fadiga de compósitos de PPS/fibras de carbono

2012

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Resumo: O contínuo crescimento na utilização de compósitos termoplásticos em componentes estruturais na indústria aeroespacial devese, primordialmente, à flexibilidade de projeto, excelência de suas propriedades mecânicas e baixa massa específica, aliadas aos elevados valores de resistência mecânica e rigidez e baixa incidência de corrosão, atendendo aos severos requisitos de desempenho quando em serviço dessas estruturas. Componentes com exigências estruturais, quando expostos a ambientes agressivos como elevada temperatura e umidade, podem ter suas propriedades mecânicas sensibilizadas por esses fatores ambientais, e devem ser cuidadosamente avaliados antes de serem colocados em serviço. Em função do que foi exposto este trabalho tem como objetivo contribuir para a avaliação do efeito higrotérmico na resistência à fadiga do compósito termoplástico PPS/fibras de carbono. Os materiais estudados foram cedidos pela empresa holandesa TenCate, fornecedora de laminados da Airbus e EMBRAER. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que compósitos de PPS/fibras de carbono apresentam um aumento nos valores de resistência à tração quando condicionados higrotermicamente, devido à plasticização desta matriz polimérica, aumentando, consecutivamente, sua tenacidade à fratura. Entretanto, a partir dos ensaios realizados, foi constatado que o condicionamento higrotérmico não alterou de forma significativa o comportamento de vida em fadiga dos laminados PPS-C. Palavras-chave: PPS, compósitos termoplásticos, propriedades mecânicas, fadiga. On the Analysis of Hygrothermal Effect on Fatigue Behavior of PPS/Carbon Fiber CompositeAbstract: The continued growth in the use of polymer composites in structural components in the aerospace industry is due primarily to the design flexibility, excellent mechanical properties and low density, combined with the high values of mechanical strength and stiffness and low incidence of corrosion, with which these structures meet several performance requirements when in service. Components with structural requirements may have their mechanical properties affected when exposed to harsh environments such as high temperature and humidity, and should be carefully evaluated before being put into service. The aim of the present work is to evaluate the hygrothermal effect on the fatigue resistance of thermoplastic PPS/carbon fiber composite. These laminates were obtained from TenCate Company, which provides composite laminates to Airbus and Embraer. PPS/carbon fibers composites exhibited increased tensile strength under hygrothermal conditioning due to plasticization of the polymer matrix, with the fracture toughness being also increased. In contrast, the hygrothermal conditioning did not alter significantly the behavior of fatigue life of laminates from PPS/carbon fiber composite.

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Section: Condicionamento Higrotérmicounclassified

Análise do efeito higrotérmico no comportamento em fadiga de compósitos de PPS/fibras de carbono

2012

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“…As propriedades mecânicas e físico-químicas dos compósitos de matriz polimérica podem ser degradadas por uma variedade de efeitos físicos e químicos; portanto, é importante entender tanto o material quanto o ambiente operacional a que este se encontra exposto. Efeitos tais como umidade, temperatura, radiação UV, dentre outros, presentes na atmosfera devem ser sempre considerados nos projetos de laminados estruturais [9][10][11][12][13][14] . A umidade, por exemplo, penetra na matriz polimérica pelo processo de difusão até que a concentração de equilíbrio seja atingida, sendo esse mecanismo acentuado pelo aumento da temperatura.…”

Section: Introductionunclassified

Estudo da influência do condicionamento higrotérmico nas propriedades viscoelásticas de compósitos termoplásticos

et al. 2017

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ResumoO contínuo crescimento na utilização de compósitos termoplásticos em componentes estruturais na indústria aeroespacial deve-se, primordialmente, à flexibilidade de projeto, excelência de suas propriedades mecânicas e baixa massa específica, aliadas aos elevados valores de resistência mecânica e rigidez e baixa incidência de corrosão. No entanto, componentes que requerem exigências estruturais, quando expostos a ambientes agressivos como elevada temperatura e umidade, podem ter suas propriedades mecânicas sensibilizadas por esses fatores ambientais, e devem ser cuidadosamente avaliados antes de serem colocados em serviço. Embora existam diversos trabalhos na literatura reportando este problema para compósitos estruturais, poucos estudos relacionam, de maneira sistemática, a avaliação da absorção de umidade com o comportamento viscoelástico de matrizes de PPS reforçadas com fibras de carbono, quando este compósito é utilizado em aplicações aeronáuticas. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é avaliar a influência do condicionamento higrotérmico nas propriedades viscoelásticas de laminados PPS/fibras de carbono. Os resultados mostram que os laminados condicionados em câmara higrotérmica apresentaram absorção de umidade segundo as leis de Fick, porém, não foram observadas variações significativas na temperatura de transição vítrea quando comparado compósitos condicionados e não condicionados. Palavras-chave: compósitos termoplásticos, efeito higrotérmico, propriedades mecânicas. AbstractContinued growth in the use of thermoplastic composites for structural components in the aerospace industry due, primarily, to the design flexibility, excellent mechanical properties and low density, combined with the high values of strength and stiffness and low incidence of corrosion meeting the stringent performance requirements of these structures while in service. However, components that requires structural requirements when exposed to harsh environments such as high temperature and moisture, can have their mechanical properties reduced by these environmental factors, and should be carefully evaluated before being placed in service. Although there are several studies in the literature reporting this problem for structural composites, few studies relate in a systematic way, assessing the moisture absorption with the viscoelastic behavior of PPS matrix reinforced with carbon fibers, when the composite is used in aeronautical applications. Thus, the aim of this study is to evaluate the influence of hygrothermal conditioning on the viscoelastic properties of PPS/carbon fiber composites. The results show that the laminates conditioned in a hygrothermal chamber had moisture absorption according to Fick laws, but it was not observed a significant glass transition temperature variation when compared conditioned and not conditioned specimens.

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“…They have reported that a combination of the radial and axial stresses generated at the free surface during the thermal cycles caused a mechanism of fibre protrusion and crack formation. Effect of hot water immersion on the performance of carbon reinforced unidirectional polyetheretherketone (PEEK) composites was studied by Bismarck et al [12]. The results obtained have shown that the fracture behaviour under endloaded conditions was clearly affected by the water ingress as shown exemplarily for CF/PEEK-450 and APC-2A composite profiles.…”

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The Effects of Thermal Cycles on the Impact Fatigue Properties of Thermoplastic Matrix Composites

et al. 2008

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The effects of thermal cycles on the impact fatigue properties of unidirectional carbon fibre reinforced polyetherimide (PEI) matrix composites were investigated. During the thermal cycles, samples were immersed into boiling water (100°C) and subsequently to ice water (0°C), 50, 200 and 500 times. The changes in viscoelastic properties of the composites were investigated by means of dynamic mechanical thermal analyzer (DMTA). At the second step, thermal cycled composites were subjected to repeated impact loadings, with different impact energies. Instrumented impact test results were presented as a function of force, energy, deformation during the experiments. The scanning electron microscope (SEM) studies were done in order to understand the morphology of fractured samples after impact fatigue loading. The number of thermal cycles and applied impact energy of the hammer are found to have a great importance on the fracture morphology of repeatedly impacted material, as expected.

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Effect of hot water immersion on the performance of carbon reinforced unidirectional poly(ether ether ketone) (PEEK) composites: Stress rupture under end-loaded bending

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Análise do efeito higrotérmico no comportamento em fadiga de compósitos de PPS/fibras de carbono

Análise do efeito higrotérmico no comportamento em fadiga de compósitos de PPS/fibras de carbono

Estudo da influência do condicionamento higrotérmico nas propriedades viscoelásticas de compósitos termoplásticos

The Effects of Thermal Cycles on the Impact Fatigue Properties of Thermoplastic Matrix Composites

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