Mechanical testing of carbon fiber laminates for evaluating the effect of embedded fiberglass

Composite materials have proved to be reliable assets to airplane fabrication for their high level of stiffness and low weight. The increase in utilization of carbon reinforced plastics has been able to reshape the aeronautical industry and has allowed for the production of the A350 XWB. This work, performed within the Airbus Department of Testing Technology, Research, and Development for Materials and Processes in Getafe, Spain, has set out to evaluate the effect on the structural properties of co-bonded carbon fiber laminates which contain embedded fiberglass for the purpose of avoiding corrosion. The structural characteristics of the bonds are analyzed by testing the Mode I Fracture Toughness Energy (GIC Test) and Tensile Lap Shear Joint Strength (SLS) of coupons constructed out of panels containing the exact materials and configurations desired for aircraft fabrication. All configurations are manufactured using two types of peel-plies in order to test the effects they impose on the co-bonding process. The various configurations of panels are tested with the addition of different types and layers of fiberglass. Certain groups of test specimens undergo aging processes of high temperature and moisture or water submersion for simulating environmental conditions. A statistical analysis of average fracture toughness energy values and Mode I fracture failure modes shows that certain groups, after the aging process, have promising results when manufactured with a specific peel-ply, regardless of fiberglass type. Groups of specimens manufactured with the other peel-ply show mixed results after the various aging processes and testing temperatures.

I materiali compositi si sono dimostrati negli ultimi anni molto vantaggiosi per le strutture aeronautiche grazie all'elevata rigidezza e al basso peso. L'aumento di utilizzo di materiali compositi in fibre di carbonio ha permesso di realizzare nuove strutture per l'industria aeronautica come quelle utilizzate per l'A350 XWB. In questo lavoro di tesi, svolto presso il Dipartimento di Ricerca e Sviluppo per Materiali e Processi di Airbus a Getafe, in Spagna, si presenta uno studio sperimentale per valutare l'effetto sulle proprietà strutturali di pannelli in fibre di carbonio e resina epossidica con incorporate lamine in fibra di vetro al fine di evitare la corrosione. Le caratteristiche strutturali di tali laminati sono analizzate da prove di Fracture Toughness Energy (GIC Test) e di Tensile Lap Shear Joint Strength (SLS). In particolare si sono svolte prove strutturali su provini costruiti dagli stessi materiali utilizzati in Airbus. Tutte le configurazioni sono realizzate con due tipi di peel-ply e diverse lamine di fibra di vetro, in modo da misurare gli effetti che si impongono sul processo di fabricazione. Alcuni provini sono stati sottoposti a condizionamento ad alta temperatura e umidità o all'immersione in acqua per replicare le possibili condizioni ambientali. Un'analisi statistica delle medie dei valori di GIC e dei modi di rottura mostra che alcuni provini realizzati con un peel-ply particolare, dopo il condizionamento, presentano caratteristiche migliori, indipendentemente dalle fibra di vetro. Tuttavia, i provini realizzati con l'altro tipo di peel-ply mostrano risultati misti a seconda dei vari tipi di condizionamento e di temperatura di prova.