Influence of environmental conditioning on mechanical properties of PEKK-Carbon fiber composites

The aim of this study is to analyze the response to humidity, UV radiation and marine environment of composite materials with thermoplastic matrix, in particular of APC-PEKK-FC. For this reason, the absorption curve of unidirectional and cross-ply laminates (0-90 degrees) was characterized and their diffusivity coefficients and their saturation concentrations were determined. The analysis results in a diffusivity of 5.3334e-7 mm2/s for the unidirectional laminate and 4.3520e-7 mm2/s for the cross-ply. Furthermore, there is a concentration at saturation equal to 0.3% for the unidirectional and equal to 0.4% for the cross-ply laminate. The research continues by defining the mechanical characteristics of the laminates produced, through a DMA analysis the standard properties of the specimens are recorded which are then compared after immersion in water, exposure to UV rays, humidity + UV and finally marine environment (humidity+UV+salt). Water absorption markedly decreases the glass transition temperature, while UV radiation and salt do not significantly interfere with the mechanical properties of APC-PEKK-FC. DSC analysis have the purpose of defining the standard melting and crystallization temperatures and comparing them with the same characteristics after conditioning. The aforementioned characteristics do not show evident variations following exposure to atmospheric agents. Thermogravimetric Analysis (TGA) shows a peak of energy emission near 800ºC in the laminate exposed to the marine environment. Sodium chloride has a melting point of 801ºC, which confirms the hypothesis of salt absorption in the laminate. The Double Cantilever Beam analyzes the resistance to fracture of standard and water conditioned laminates with the aim of recording possible differences. Absorption modeling using Abaqus is able to simulate the water concentration inside the material and define the absorption curve.

Lo scopo di questo studio è analizzare la risposta a umidità, radiazioni UV e ad ambiente marino di materiali compositi con matrice termoplastica, in particolare dell'APC-PEKK-FC. Per far ciò si è caratterizzata la curva di assorbimento di laminati unidirezionali e alternati(0-90 gradi) e determinato il loro coefficiente di diffusività e la loro concentrazione a saturazione. Dall'analisi risulta una diffusività di 5.3334e-7 mm2/s per il laminato unidirezionale e 4.3520e-7 mm2/s per il cross-ply. Risulta inoltre una concentrazione a saturazione pari a 0.3% per l'unidirezionale e pari a 0.4% per il laminato cross-ply. La ricerca continua definendo le caratteristiche meccaniche dei laminati prodotti, tramite un'analisi DMA si registrano le proprietà standard dei provini che vengono poi confrontate con quelle successive all'immersione in acqua, all'esposizione ai raggi UV, a umidita+UV e infine ad ambiente marino( umidità+UV+sale). L'assorbimento di acqua diminuisce in maniera decisa la temperatura di transizione vetrosa, mentre le radiazioni UV e il sale non interferiscono significativamente con le proprietà meccaniche dell'APC-PEKK-FC. Le analisi DSC hanno lo scopo di definire le temperature di fusione e di cristallizazione di partenza e confrontarle con le medesime caratteristiche a valle del condizionamento. Le sopracitate caratteristiche non mostrano evidenti variazioni a seguito dell'esposizione agli agenti atmosferici. La Thermogravimetric Analysis (TGA) evidenzia un picco di emissione di energia in prossimità degli 800ºC nel laminato esposto all'ambiente marino. Il cloruro di sodio ha una temperatura di fusione pari a 801ºC, ciò induce a confermare l'ipotesi dell'assorbimento di sale nel laminato. Tramite il Double Cantilever Beam si analizza la resistenza alla frattura dei laminati standard e condizionati in acqua con lo scopo di registrare delle possibili differenze. La modellazione dell'assorbimento tramite Abaqus è in grado di simulare la concentrazione di acqua all'interno del materiale e definire la curva di assorbimento.