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Uncertainty in Composite Manufacturing and Consequences for Thermoplastic- Thermoset Co-curing
Le but de ce travail était de contribuer à une approche plus efficace pour le collage decomposites à matrice polymère. Cette approche, connue sous le nom de co-cuisson, a étéenvisagée pour l assemblage de composites à matrice thermodurcissable ou de l assemblagehybride entre des composites à matrice...
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| Auteurs principaux : | , , , , , , , |
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| Collectivités auteurs : | , , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | anglais |
| Titre complet : | Uncertainty in Composite Manufacturing and Consequences for Thermoplastic- Thermoset Co-curing / Adam Fisher; sous la direction de Jean-Luc Bailleul et de James Kratz et de Arthur Levy |
| Publié : |
2023 |
| Accès en ligne : |
Accès Nantes Université
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| Note sur l'URL : | Accès au texte intégral |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Energétique, thermique, combustion : Nantes Université : 2023 Thèse de doctorat : Energétique, thermique, combustion : University of Bristol : 2023 |
| Sujets : |
| Résumé : | Le but de ce travail était de contribuer à une approche plus efficace pour le collage decomposites à matrice polymère. Cette approche, connue sous le nom de co-cuisson, a étéenvisagée pour l assemblage de composites à matrice thermodurcissable ou de l assemblagehybride entre des composites à matrice thermodurcissable et à matrice thermoplastique degrade aérospatial. La variabilité durant la mise en œuvre des stratifiés compositesthermodurcissables sera également discutée. Les contributions ciblées à propos de ces deuxsujets sont énoncées dans les objectifs, comme suit :1. Identifier les paramètres influents lors de la polymérisation ou la cuisson de l'époxy.2. Quantifier l'effet de la variabilité du processus mesurée sur la polymérisation.3. Proposer des concepts de fabrication pour les gradients de polymérisationsouhaitables pour la co-cuisson.4. Démontrer l'influence du degré initial de polymérisation sur la co-cuissonthermodurcissable-thermoplastique. This work had four primary objectives: 1. Identify the influential parameters during epoxy curing. 2. Quantify the effect of measured process variability on curing. 3. Propose manufacturing concepts for cure gradients desirable for co-curing. 4. Demonstrate the influence of initial degree of cure on thermoplastic-thermoset co-curing. The most influential sources of variability in composite processing were determined by sensitivity analyses using coupled heat transfer and cure kinetics models. The analyses showed, that in the standard aerospace case considered, cure temperature has the most influence and diffusion limiting cure kinetic effects become highly influential post vitrification. To demonstrate the effect a source of process variability can have, calorimeter measurements from industrial scale ovens and autoclaves were used as inputs to a numerical model. It was shown that with the higher heat transfer coefficients in the autoclaves, spatial variability in thermal conditions was less influential. However, this effect was counteracted by the greater variability in the autoclaves, resulting in comparable repeatability between the two vessel types. Combinations of tool material, tool thickness and heat transfer coefficient were explored for maximising part stiffness while retaining bonding surface reactivity for co-curing. A thick, thermally diffusive tool for the bonding surface and a thin, low diffusivity tool elsewhere, in an out-of-autoclave environment was proposed. The effect of initial degree of cure on thermoplastic-thermoset co-curing was investigated at the laminate level. A diffusion model was derived from in-situ measurements of interdiffusion between polyetherimide and a model epoxy system. The model predicted that any increase in initial degree of cure decreased the interaction across the interface. This was supported by mechanical test results and interphase thickness measurements. The results indicated that unlike conventional co-curing, the manufacturing efficiency benefits from increasing the initial degree of cure cannot justify the significant decrease in bond strength |
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| Variantes de titre : | Incertitude dans la mise en œuvre de composites et consÈquence pour la co-consolidation thermoplastic/thermodurcissable |
| Notes : | Thèse soutenue en co-tutelle Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de Thermique et Energie de Nantes (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : France Chabert (Président du jury) ; Olivier De Almeida, Fabrizzio Scarpa (Membre(s) du jury) ; Paul Weaver Paul Weaver (Rapporteur(s)) |
| Configuration requise : | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |