In-situ monitoring of consolidation process for high-performance thermoplastic composites by Fibre Bragg Grating
Suivi in-situ du processus de consolidation de composite thermoplastique hautes performances par fibre à réseau de Bragg
Résumé
In the present paper, a process monitoring by an embedded FBG sensor for the in-situ consolidation of a high-performance carbon/thermoplastic composite (LM-PAEK) was investigated. First, the distribution of thermoplastic matrix and carbon fibre in the prepreg was observed using an optical microscope and a profilometer. The main thermophysical properties of the thermoplastic matrix such as its glass transition, crystallisation and melting point temperatures were obtained by DSC measurements. Second, a temperature calibration of the FBG sensor close to 400 °C was carried out. A specific protocol for the integration of the FBG in the laminate and for the in-situ process monitoring up to 400 °C was then designed and set up. The analysis of the FBG response during and after manufacturing of the laminate provided information on the different phenomena occurring during the process such as matrix crystallisation as well as the Coefficient of Linear Thermal Expansion of the carbon/thermoplastic composite. The consolidation phenomena of the thermoplastic matrix were detected and information on melting and glass transition temperatures was provided and found similar to data collected during DSC testing. These preliminary results tend to validate the use of optical fibres for the manufacturing process monitoring of a high-performance carbon/thermoplastic composite.
Dans le présent article, un processus suivi in-situ de consolidation par un capteur FBG intégré dans un composite carbone/thermoplastique haute performance (LM-PAEK) a été étudié. Tout d'abord, la distribution de la matrice thermoplastique et de la fibre de carbone dans le préimprégné a été observée à l'aide d'un microscope optique et d'un profilomètre. Les principales propriétés thermophysiques de la matrice thermoplastique telles que ses températures de transition vitreuse, de cristallisation et de point de fusion ont été obtenues par des mesures DSC. Dans un second temps,une calibration en température du capteur FBG proche de 400 °C a été effectuée. Un protocole spécifique pour l'intégration du FBG dans le stratifié et pour le suivi du procédé in-situ jusqu'à 400 °C a ensuite été conçu et mis en place. L'analyse de la réponse FBG pendant et après la fabrication du stratifié a fourni des informations sur les différents phénomènes se produisant au cours du processus tels que la cristallisation de la matrice ainsi que le coefficient de dilatation thermique linéaire du composite carbone/thermoplastique. Les phénomènes de consolidation de la matrice thermoplastique ont été détectés et des informations sur les températures de fusion et de transition vitreuse ont été fournies et trouvées similaires aux données recueillies lors des tests DSC. Ces résultats préliminaires tendent à valider l'utilisation des fibres optiques pour le suivi du processus de fabrication d'un composite carbone/thermoplastique hautes performances.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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