Hygrothermal effects in aeronautical composite materials subjected to Freeze-Thaw cycling

Fiber-reinforced composites (FRC) are gaining popularity in several areas, including aerospace, automotive, and energy. While these "new generation" materials provide substantial advantages in terms of strength and weight, knowing their behavior under diverse environmental circumstances presents new challenges in their use. Specifically, the effects of humidity and temperature on the matrix characteristics and the fiber/matrix interface can have a substantial impact on the durability of FRC components. This thesis investigates the susceptibility of FRC inter-laminar areas and the matrix/fiber interface to changes in relative humidity and temperature. The influence of freeze-thaw cycles on the material's characteristics owing to the expansion of retained moisture within a porous composite material will also be investigated. Experimental methods, such as heat analysis, X-Ray tomography, and mechanical testing, will be used to evaluate the material's reaction to changing environmental circumstances. This research will help to a greater knowledge of the behavior of FRC under various environmental circumstances, which is essential for the design and maintenance of FRC components. In addition, the outcomes will be useful for constructing prediction models to evaluate the long-term performance of FRC structures in a variety of applications.

I compositi rinforzati a fibra (FRC) stanno guadagnando popolarità in diversi settori, tra cui aerospaziale, automobilistico e energetico. Mentre questi materiali di “nuova generazione” offrono vantaggi sostanziali in termini di resistenza e peso, conoscere il loro comportamento in diverse condizioni ambientali presenta nuove sfide nel loro utilizzo. In particolare, gli effetti dell’umidità e della temperatura sulle caratteristiche della matrice e sull’interfaccia fibra/matrice possono avere un impatto sostanziale sulla durata dei componenti "FRC". Questa tesi esamina l'influenza delle aree inter-laminari dell "FRC" e dell'interfaccia matrice/fibra ai cambiamenti di umidità relativa e temperatura. L'influenza dei cicli di congelamento sulle caratteristiche del materiale a causa dell'espansione dell'umidità trattenuta all'interno di un materiale composito poroso sarà anch'essa indagata. Metodi sperimentali, come l'analisi termica, la tomografia a raggi X e i test meccanici, saranno utilizzati per valutare la reazione del materiale alle circostanze ambientali in cambiamento. Questa ricerca contribuirà a una maggiore conoscenza del comportamento dei FRC in varie circostanze ambientali, che è essenziale per la progettazione e la manutenzione dei componenti del FRC. Inoltre, i risultati saranno utili per la costruzione di modelli di previsione per valutare le prestazioni a lungo termine delle strutture FRC in una varietà di applicazioni.