Characterization of composite laminates interlaminar toughness

Aim of the present work is to study the influence of toughening interleaving mats on the behavior of autoclave cured composite laminates. The interlayer is a non-woven mat of electrospun Nylon 6,6 nano fibers designed to be placed into the interlaminar regions of composite laminates to enhance delamination resistance. The composite material used as baseline is a woven reinforced carbon-epoxy prepreg. An extensive experimental campaign was performed to assess properties of both reference and interleaved materials. An extensive experimental campaign was performed to assess properties of both reference and interleaved materials. In particular, tensile tests, in-plane shear tests, fatigue tests, tests on interlaminar properties (ILSS, DCB, ENF), compression after impact tests (CAI) were carried out. Tests were performed on room temperature condition (RTD). Performances and properties were analyzed and compared. Fatigue test Results highlighted a general increase of fatigue behavior. Interleaved material reduced the loss of stiffness during the tests: it doubled the fatigue life compared to the reference material. Experimental results demonstrated that nano fibrous interleaving mats have some potential as toughening technique of carbon-epoxy composite laminates. Fracture Mechanics Results highlighted a general increase of delamination resistance in RTD condition. Experimental results demonstrated that nano fibrous mats interleaving have some potential as toughening technique of carbon/epoxy composite laminates. CAI test Results highlighted a general improvement in post impact behavior of interleaved specimens with respect to the reference ones. The data analysis of the post impact compression revealed promising improvements in RTD condition for specimens impacted at 10 joules. Less differences were registered for specimens impacted at 30 joules. Experimental results demonstrated that nano fibrous interleaving mats have some potential as toughening technique of carbon-epoxy composite laminates.

Scopo del lavoro svolto è quello di studiare l'effetto dell'interleaving di mat tenacizzanti tra le lamine di prodotti in composito polimerizzati in autoclave. L'interlayer è un velo di fibre di Nylon 6,6 continue e non tessute, deposte per mezzo di un processo di elettrofilatura. L'inserimento di questo velo tra le lamine del materiale composito ha come obiettivo l'aumento della resistenza a delaminazione. Il materiale composito di riferimento utilizzato consiste di un rinforzo in tessuto di carbonio preimpregnato di resina epossidica tenacizzata per dispersione di particelle termoplastiche aromatiche. Una campagna sperimentale estensiva è stata portata a termine per determinare le proprietà del materiale di riferimento e del materiale tenacizzato via interleaving. In particolare, test a trazione e di taglio nel piano hanno permesso di caratterizzare le proprietà statiche del materiale. In seguito test volti a indagare specificamente le proprietà interlaminari sono stati eseguiti: test di resistenza a taglio interlaminare (ILSS) e test di resistenza alla delaminazione di Modo I (DCB) e II (ENF). Ciascun test è stato svolto a temperatura ambiente su provini non condizionati (RTD). Proprietà e prestazioni sono state analizzate e confrontate. È stato notato un migloramento del comportamento a fatica. L'interlayer ha ridotto la perdita di rigidezza all'aumentare dei cicli e raddoppiato il numero di cicli necessario ad ottenere la stessa perdita prestazionale. Le prove di meccanica della frattura hanno evidenziato un aumento generale della resistenza alla delaminazione in condizione di RTD. I risultati sperimentali hanno pertanto dimostrato che l'interleaving di mat nano fibrosi può avere del potenziale come tecnica di tenacizzazione di materiali in composito con rinforzo di carbonio e resina epossidica. I risultati delle prove CAI (Compression after impact) evidenziano un miglioramento generale nel comportamento all'impatto post-impatto rispetto a quelli di riferimento. L'analisi dei dati della compressione dopo impatto ha rivelato miglioramenti promettenti in condizione di RTD per gli esemplari impattato a 10 joule. Minori differenze sono state registrate per i campioni impattato a 30 joule. Risultati sperimentali hanno dimostrato che nano stuoie interleaving fibrose hanno un certo potenziale come tecnica di indurimento laminati compositi carbonio-epossidici.