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Publication
Effect of radiation-assisted cure on the functional properties of carbon-epoxy composites
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Authors
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Abstract(s)
Gamma radiation has been successfully used to improve polymer’s properties. In this regard, this study aims to assess if it is possible to improve carbon-epoxy composites' mechanical and thermal properties, with potential application in aeronautics, through controlled exposition to gamma radiation. In addition, make a comparative study between post-cure irradiation and radiation-assisted cure. To accomplish this, the material is subjected to gamma radiation in different stages of the resin's cure.
The laminates were fabricated with a 3K carbon mat with 160 g.m-2 and a two-component resin SR8200 with SD7206 hardener through wet-layup. The test specimens were cut from the laminate according to ISO 527-4/2020 and ISO 14125/2011. Finally, they were irradiated according to three irradiation methodologies: post-cure irradiation, irradiation after 2 days, and after 10 days with doses from 4 to 7 kGy. These doses were selected based on a preliminary study.
The specimens were tested through tensile and flexural testing, thermogravimetry analysis and differential scanning calorimetry. The results showed that up to 6 kGy, the three irradiation methodologies improved the thermal stability and mechanical properties without affecting molecular structural integrity due to chain-scission, compared to non-irradiated specimens.
The biggest increases registered were a 32.36 % increase in Young’s modulus and a 51.23 % increase in flexural modulus for irradiation after 2 days, and an increase of 5.10 % in degradation temperature and 7.44 % in glass transition temperature for the same irradiation methodology, suggesting that radiation-assisted cure is more effective at improving the material’s properties compared to post-cure irradiation.
A radiação gama tem sido utilizada na melhoria das propriedades de polímeros. Desta forma, este estudo visa avaliar a possibilidade de melhorar as propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos carbono-epóxi, para aplicação na aeronáutica, por exposição controlada à radiação gama. Adicionalmente, realizar um estudo comparativo entre a irradiação pós-cura e a cura assistida por radiação. Para tal, o material foi submetido a radiação gama em diferentes fases da cura da resina. Os laminados foram fabricados com uma tela de carbono 3K com 160 g.m-2 e uma resina SR8200 misturada com o endurecedor SD7206 através de wet-layup. As amostras foram cortadas conforme as normas ISO 527-4/2020 e ISO 14125/2011 e irradiadas segundo três metodologias: irradiação pós-cura, irradiação após 2 dias, e após 10 dias com doses de 4 a 7 kGy, selecionadas num estudo preliminar. As amostras foram testadas através de ensaios de tração e flexão, análise termogravimétrica e calorimetria diferencial de varrimento. Os resultados revelaram que até 6 kGy, as três metodologias de irradiação melhoraram a estabilidade térmica e as propriedades mecânicas, sem afetar a integridade estrutural molecular devido à cisão em cadeia, comparativamente às amostras não irradiadas. Os maiores aumentos foram registados na irradiação após 2 dias, traduzindo-se num aumento de 32.36 % no módulo de Young, 51.23 % no módulo de flexão, 5.10 % na temperatura de degradação e 7.44 % na temperatura de transição vítrea, sugerindo que a cura assistida por radiação é mais eficaz na melhoria das propriedades do material comparativamente à irradiação pós-cura.
A radiação gama tem sido utilizada na melhoria das propriedades de polímeros. Desta forma, este estudo visa avaliar a possibilidade de melhorar as propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos carbono-epóxi, para aplicação na aeronáutica, por exposição controlada à radiação gama. Adicionalmente, realizar um estudo comparativo entre a irradiação pós-cura e a cura assistida por radiação. Para tal, o material foi submetido a radiação gama em diferentes fases da cura da resina. Os laminados foram fabricados com uma tela de carbono 3K com 160 g.m-2 e uma resina SR8200 misturada com o endurecedor SD7206 através de wet-layup. As amostras foram cortadas conforme as normas ISO 527-4/2020 e ISO 14125/2011 e irradiadas segundo três metodologias: irradiação pós-cura, irradiação após 2 dias, e após 10 dias com doses de 4 a 7 kGy, selecionadas num estudo preliminar. As amostras foram testadas através de ensaios de tração e flexão, análise termogravimétrica e calorimetria diferencial de varrimento. Os resultados revelaram que até 6 kGy, as três metodologias de irradiação melhoraram a estabilidade térmica e as propriedades mecânicas, sem afetar a integridade estrutural molecular devido à cisão em cadeia, comparativamente às amostras não irradiadas. Os maiores aumentos foram registados na irradiação após 2 dias, traduzindo-se num aumento de 32.36 % no módulo de Young, 51.23 % no módulo de flexão, 5.10 % na temperatura de degradação e 7.44 % na temperatura de transição vítrea, sugerindo que a cura assistida por radiação é mais eficaz na melhoria das propriedades do material comparativamente à irradiação pós-cura.
Description
ASPAL/PILAV/140677-K Luís Filipe da Costa Paulino
Examination Committee
President: COR/PILAV Luís Miguel Gomes Graça
Supervisor: MAJ/ENGAED Luís Filipe Magalhães Pereira
Co-supervisor: Professor Doutor Luís Miguel Mota Ferreira
Member: Professor Doutor João Paulo Leal
Keywords
Radiation-assisted cure Carbon-epoxy Composites Crosslinking Mechanical properties Thermal propertiesCura assistida por radiação Carbono-epóxi Compósitos Reticulação Propriedades mecânicas Propriedades térmicas
Citation
Paulino, L. F. da C. (2022). Effect of radiation-assisted cure on the functional properties of carbon-epoxy composites (Dissertation to obtain the Master of Science Degree in Military and Aeronautical Sciences – Aviator Pilot). Academia da Força Aérea [AFA], Sintra.
Publisher
Academia da Força Aérea