Characterization and Modelling of the Thermomechanical and Ageing Behavior of PEKK and C/PEKK Composites for Aircraft Applications at High Temperatures (above the Glass Transition Temperature) - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2020

Characterization and Modelling of the Thermomechanical and Ageing Behavior of PEKK and C/PEKK Composites for Aircraft Applications at High Temperatures (above the Glass Transition Temperature)

Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique et du vieillissement du PEKK et des composites C/PEKK pour des applications à haute températures (au-dessous de la température de transition vitreuse)

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Giuseppe Pedoto
  • Function : Author

Abstract

The nowadays increased awareness towards environmental issues concerns aircraft structures in terms of environmental impact and end-of-life disposal. In this optics, the possibility of replacing in the organic matrix composites (CMO) employed for aircraft applications the non-recyclable thermosetting matrix with a recyclable thermoplastic one is investigated. Moreover, thermoplastic polymers, such PEKK, have the possibility of being employed in warmer structures (e.g. the aircraft pylon), undergoing long duration solicitations (creep).The service temperatures for those structures are higher than the PEKK glass transition temperature, provoking, in the material, a loss of properties deriving from a change of state from solid to rubber, and possibly the activation of crystallization and degradation phenomena, which could also interact. This work aims to identify and model the mechanisms characterizing PEKK behavior, under the structure operative service conditions. This is achieved from the analysis of the results of thermomechanical, physical-chemical and coupled thermomechanical/oxidation tests. The resulting 1-D analytical model of the PEKK behavior, is extended in 3-D and implemented in a multi-scale semi-analytical homogenization / localization method to simulate PEKK based composites under the same conditions, varying the plies orientation and stacking sequence.
La sensibilisation accrue aux questions environnementales concerne aujourd'hui les structures aéronautiques en termes d'impact environnemental et traitements de fin de vie. Dans cette optique,la possibilité de remplacer, dans les composites à matrice organique (CMO) utilisés pour des applications aéronautiques, leur matrice thermodurcissable non recyclable par une matrice thermoplastique recyclable est étudiée. En outre, les polymères thermoplastiques, tels que le PEKK, ont la possibilité d'être utilisés dans des structures plus chaudes (par exemple le pylône d'un avion), faisant l'objet de sollicitations de longue durée (fluage). Les températures de service de ces structures plus élevées que celles de la température de transition vitreuse du PEKK : il en découle, dans le matériau, une perte de propriétés due au changement d'état de solide à caoutchoutique, et éventuellement l'activation de phénomènes de cristallisation etde dégradation, qui pourraient également interagir. Ce travail vise à identifier et à modéliser ces mécanismes caractérisant le comportement du PEKK, dans ces conditions extrêmes particulières.Ceci est réalisé à partir de l'analyse des résultats des essais thermomécaniques, physico-chimiques et thermomécaniques couplés avec l’oxydation. Le modèle analytique 1-D du comportement duPEKK qui résulte de l’analyse des essais est étendu en 3-D et implémenté dans une méthode d'homogénéisation/localisation semi-analytique multi-échelle pour simuler le comportement dans mêmes conditions de composites stratifiés à matrice PEKK, en faisant varier l'orientation des plis et la séquence d'empilement.
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Dates and versions

tel-03079084 , version 1 (17-12-2020)

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  • HAL Id : tel-03079084 , version 1

Cite

Giuseppe Pedoto. Characterization and Modelling of the Thermomechanical and Ageing Behavior of PEKK and C/PEKK Composites for Aircraft Applications at High Temperatures (above the Glass Transition Temperature). Other. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2020. English. ⟨NNT : 2020ESMA0011⟩. ⟨tel-03079084⟩
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