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Influence of a flame-retardant on the fire-behaviour and the residual mechanical properties of C/PEKK composite laminates exposed to a kerosene flame

Authors :
A. Chaudhary
B. Vieille
A. Alia
Alexis Coppalle
Nicolas Delpouve
A. Bourdet
Bidur Rijal
E. Schuhler
L. Le Pluart
Groupe de physique des matériaux (GPM)
Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (CORIA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de chimie moléculaire et thioorganique (LCMT)
Normandie Université (NU)-Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M)
Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)
Source :
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, pp.106720. ⟨10.1016/j.compositesa.2021.106720⟩, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Elsevier, 2021, pp.106720. ⟨10.1016/j.compositesa.2021.106720⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

This work examines the influence of a phosphorus-based flame-retardant additive (Exolit) on the fire-behaviour and the residual mechanical properties of composite laminates manufactured by a thermo-consolidation process from unidirectional (UD) carbon fibers (C) and a PEKK (Polyether-ketone-ketone) thermoplastic associated with or without Exolit. Depending on the laminates lay-up (orthotropic or quasi-isotropic), the influence of Exolit on the thermal degradation, resulting from a kerosene flame exposure (116 kW/m2 and 1100 °C), on the composites structural integrity was examined. The changes in the residual tensile properties (axial stiffness and strength) were compared with respect to the virgin materials (experiencing no prior flame exposure) in room temperature (RT) conditions post fire exposure. The discussions on fire- and mechanically-induced damage mechanisms are supported by fractographic analysis of specimens. It is therefore possible to better understand how the fire-induced damages within the laminates micro- and meso-structures modify the mechanical behaviour of flame-exposed laminates. Thus, the axial stiffness and strength decrease moderately (−6% and −18%, respectively) in quasi-isotropic laminates with respect to virgin specimens. In orthotropic laminates, the axial stiffness decreases by 15%, whereas the axial strength dramatically decreases (−55%). The obtained results suggests that the flame-retardant additive not only delays the thermal degradation of C/PEKK laminates but also efficiently contributes to maintain the structural integrity of the composites, hence resulting in good mechanical properties. The positive effect of Exolit is particularly noticeable in orthotropic laminates whose mechanical behaviour is driven by 0° carbon fibers.

Details

Language :
English
ISSN :
1359835X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, pp.106720. ⟨10.1016/j.compositesa.2021.106720⟩, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Elsevier, 2021, pp.106720. ⟨10.1016/j.compositesa.2021.106720⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....e49f1c877b618426f7ff5f4642538c3d