Effects of processing on ultimate strenght of composite laminates

Nowadays composite materials in marine sector are increasingly employed in high performance applications. The manufacturing process of composites parts is crucial. Voids, fibres misalignment during lamination and tools drops during processing can affect drastically the final mechanical properties of a component. The aim of this work is to study the consequences in compressive and interlaminar shear strength (ILSS) of these factors in carbon/epoxy unidirectional laminates. Plates have been produced following both a standard manufacturing and different lamination processes, namely varying the cure pressure and the frequency at which the debulk operation was carried out. With ultrasonic scans and acid digestions has been evaluated the effect of the lamination on the voids, remarking the influence of debulk in no-pressure cure cycle. Compressive tests with various set up were not able to reproduce reliable results, whereas in ILSS have been tested successfully also samples with fibre misalignment from 2° up to 10° degrees, and a group previously subjected to drop-weight impact tests with energy ranging from 0,5 to 34J. As anticipated by ultrasonic testing, debulk operation was found affecting more in no pressure cure cycle that the ones at high pressure. A linear trend has been found for the strength at varying the degree of misalignment and the post-impact testing has allowed to identify a threshold in impact energy beyond which strength rapidly decrease.

I materiali compositi nel settore nautico oggigiorno sono sempre più impiegati per applicazioni dove sono richieste alte prestazioni. Il processo di fabbricazione di manufatti con questi materiali è cruciale. Vuoti, disallineamento delle fibre in fase di laminazione e la caduta di utensili durante la lavorazione possono influire drasticamente sulle proprietà meccaniche finali. Lo scopo di questo lavoro è quello di studiare le conseguenze di questi fattori sulla resistenza alla compressione e al taglio interlaminare (ILSS) di laminati unidirezionali in fibra di carbonio / resina epossidica. Il materiale è stato prodotto seguendo sia un processo standard sia considerando delle variazioni ad esso, ossia variando la pressione di cura e la frequenza alla quale l'operazione debulk veniva effettuata. Con scansioni agli ultrasuoni e digestioni acide è stato valutato l'effetto della laminazione sui vuoti, sottolineando l'influenza del debulk nei cicli di cura senza pressione. Dalle successive caratterizzazioni a compressione, effettuate con diverse tipologie di set up, non è stato possibile ottenere risultati affidabili. Si sono invece ottenuti risultati attendibili da prove ILSS, effettuate anche su campioni tagliati con disallineamento delle fibre da 2° fino a 10° gradi e su un gruppo precedentemente sottoposto a prove di impatto a basse velocità, con energie di impatto che spaziavano da 0,5 a 34J. Come anticipato dai test ad ultrasuoni, l’operazione di debulk si è rivelata un parametro importante nei cicli di cura senza pressione, mentre in quelli ad alta pressione non ha determinato variazioni dello stesso ordine di grandezza. Un comportamento lineare è stato osservato nella resistenza al variare del disallineamento delle fibre mentre la caratterizzazione dopo impatto ha permesso di identificare una soglia di energia oltre la quale la resistenza cala bruscamente.