Les auteurs tiennent à remercier les subventions du Programme national de recherche et de développement clé de la Chine (n° 2022YFB3706503) et du programme de plan de soutien stable du Fonds des sciences naturelles de Shenzhen (n° 20220815133826001).

1. Préparation du matériel
<ol><li>Coupez huit morceaux de tissu en fibre de verre tissé de 300 mm x 300 mm avec des ciseaux. Collez d’abord la coupe avec du ruban adhésif pour éviter que les filaments de fibres ne tombent. REMARQUE : Portez un masque et des gants pour éviter les piqûres de doigts et l’inhalation de filaments lors de la coupe du tissu. Non seulement le tissu en fibre de verre tissé, mais le tissu unidirectionnel et d’autres types de fibres, tels que la fibre de carbone et la fibre d’aramide, sont également disponibles.</li>
	<li>Peser 260 g de résine époxy et 78 g de durcisseur selon le rapport de masse de 10 :3. REMARQUE : Le rapport entre le tissu en fibre et le système de résine est recommandé pour être de 360 g de système de résine époxy par mètre carré de tissu en fibre monocouche.</li>
</ol>2. Processus de fabrication
REMARQUE : La figure 1 montre le schéma de fabrication du stratifié composite pour le processus de stratification à la main, qui est illustré à la section 2.
<ol><li>WLVB (en anglais seulement)<ol>
<li>Mettez le tissu dans un four à 60 °C pendant 8 h.</li>
		<li>Collez un film isolant sur la feuille acrylique pour empêcher la résine de se coller.</li>
		<li>Placez le moule sur la zone de pose.</li>
		<li>Mélangez lentement la résine et le durcisseur pendant 5 min, puis mettez-le dans une chambre à vide pour aspirer les bulles d’air à l’intérieur.</li>
		<li>Posez le film antiadhésif non poreux sur le moule et fixez-le avec du ruban adhésif autour.</li>
		<li>Posez une couche de pelage sur le film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Versez la résine époxy et utilisez un grattoir pour répartir la résine uniformément dans tout le film.</li>
		<li>Pliez le premier tissu en fibres, roulez avec un rouleau nu pour vous assurer que la résine s’infiltre complètement dans le tissu et que les bulles sont extrudées, puis versez la résine à l’aide d’un grattoir pour gratter la résine uniformément.</li>
		<li>Répétez les étapes 2.1.7 et 2.1.8 jusqu’à ce que tout le tissu ait été utilisé.</li>
		<li>Posez un pli pelable sur le tissu et pressez les bulles d’air manuellement.</li>
		<li>Posez successivement un film antiadhésif perforé et un tissu de reniflard.</li>
		<li>Placez le canal d’aspiration et le coussin respirant d’un côté.</li>
		<li>Collez un cercle de ruban adhésif résistant à la chaleur avec une feuille d’acrylique à l’extérieur du moule et fixez le sac sous vide autour avec le ruban adhésif pour former un espace fermé.</li>
		<li>Allumez la pompe à vide pour appuyer sur 1 bar de pression pendant 10 h à température ambiante. Ensuite, fermez la pompe à vide et maintenez la quiescence pendant 14 h.</li>
		<li>Mettez les stratifiés au four à 80 °C pendant 16 h pour qu’ils durcissent complètement.</li>
		<li>Mesurez la fraction volumique des fibres à l’aide des équations (1-3)38,39. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq03.jpg" style="margin: auto;">(3) n est le nombre de couches du stratifié, ρ fibre est la densité surfacique du tissu de fibre du fabricant, A fibre est la surface du stratifié, m fibre est la masse du tissu fibreux, m total est la masse du stratifié, ρ époxy est la densité de l’époxy, v époxy et v total sont les volumes d’époxy et de stratifié, respectivement, et est la fraction volumique des fibres.</li>
	</ol>
</li>
	<li>WL<ol>
<li>Mettez le tissu dans un four à 60 °C pendant 8 h.</li>
		<li>Mélangez lentement la résine et le durcisseur pendant 5 minutes, puis mettez-le dans une chambre à vide pour aspirer les bulles d’air à l’intérieur.</li>
		<li>Posez le film antiadhésif non poreux sur le moule et fixez-le avec du ruban adhésif autour.</li>
		<li>Posez une couche de pelage sur le film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Versez la résine époxy et utilisez un grattoir pour répartir la résine uniformément dans tout le film.</li>
		<li>Pliez le premier tissu en fibres, roulez avec un rouleau nu pour vous assurer que la résine s’infiltre complètement dans le tissu et que les bulles sont extrudées, puis versez la résine à l’aide d’un grattoir pour gratter la résine uniformément.</li>
		<li>Répétez les étapes 2.2.5 et 2.2.6 jusqu’à ce que tout le tissu ait été utilisé.</li>
		<li>Posez un pli pelable sur le tissu et pressez les bulles d’air manuellement.</li>
		<li>Posez successivement un film antiadhésif perforé, un tissu respirant et un film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Placez une plaque d’aluminium de la même taille que le tissu en fibre sur le dessus.</li>
		<li>Maintenir la quiescence à température ambiante pendant 14 h.</li>
		<li>Mettez les stratifiés au four à 80 °C pendant 16 h pour qu’ils durcissent complètement.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Caractérisation des propriétés d’impact
REMARQUE : Il existe de nombreuses méthodes pour les essais d’impact des stratifiés composites. Dans des conditions d’impact à faible vitesse, la méthode couramment utilisée est l’essai d’impact de chute de poids, tandis que dans des conditions d’impact à haute vitesse ou à ultra haute vitesse, la méthode fréquemment utilisée est la méthode d’impact de balle. Dans cette étude, l’essai d’impact chute-poids a été appliqué. L’équipement est illustré à la figure 2.
<ol><li>Découpez un ensemble d’échantillons de 150 mm x 100 mm dans du PRV pour un test d’impact, conformément à la norme ASTM D7136, à l’aide d’une machine de découpe de haute précision.</li>
	<li>Mesurez le poids et la taille de chaque échantillon.</li>
	<li>Fixez les positions des échantillons à l’aide de clous de positionnement au centre des échantillons que l’impacteur peut contacter pour chaque test.</li>
	<li>Fixez l’échantillon sur le support d’impact à l’aide de quatre embouts en caoutchouc.</li>
	<li>Effectuez l’essai d’impact à l’aide d’une tour d’impact à poids de chute au niveau d’énergie de 10 J. Allumez la machine d’essai de marteau tombant et cliquez sur Connecter pour connecter le contrôleur à la liste déroulante, puis cliquez sur Accueil | Avant le test. Réglez l’énergie d’impact sur 10 J et la masse supplémentaire sur 2 kg. Saisissez l’épaisseur de mesure, 2,1 mm pour les échantillons WLVB et 2,5 mm pour les échantillons WL, pour déterminer la hauteur de l’impacteur, puis cliquez sur Démarrer pour démarrer l’expérience.</li>
	<li>Enregistrez les données de réponse à l’impact, y compris la force, la déflexion et l’historique énergétique.</li>
	<li>Retirez l’échantillon. Consigner la morphologie de l’échantillon après l’impact.</li>
	<li>Répétez le test d’impact cinq fois pour vous assurer de la répétabilité des résultats.</li>
	<li>Calculez et comparez les données des échantillons.</li>
</ol>4. Caractérisation des propriétés de traction
<ol><li>Découpez un ensemble d’échantillons de 250 mm x 25 mm dans les stratifiés pour un essai de traction, conformément à la norme ASTM D3039, à l’aide d’une machine de découpe de haute précision avec une fraise diamantée.</li>
	<li>Mesurez la taille de chaque échantillon à l’aide d’un pied à coulisse.</li>
	<li>Utilisez de l’adhésif époxy pour coller quatre languettes en aluminium de 50 mm x 25 mm x 2 mm aux deux extrémités de l’échantillon afin d’éviter la concentration des contraintes.</li>
	<li>Vaporisez une fine couche de peinture blanche sur le devant de l’échantillon, puis vaporisez des taches noires.</li>
	<li>Placez l’échantillon au centre des pinces de la machine d’essai de traction et installez le système d’acquisition d’images, comme illustré à la figure 3.</li>
	<li>Pour garantir l’exactitude des données de déformation, faites varier la position de l’échantillon de manière à ce qu’il se trouve au milieu de la zone de prise de vue de l’appareil photo et en position verticale. De plus, ajustez la distance focale et le taux d’exposition de l’appareil photo pour vous assurer que les taches sur l’échantillon sont clairement enregistrées.</li>
	<li>Effectuez l’essai de traction. Cliquez sur CONFIGURER LE TEST. Réglez la vitesse de test sur 0,5 mm/min. Cliquez sur Specimen data (Données d’échantillonnage). Saisissez la largeur et l’épaisseur de mesure des échantillons. Cliquez sur Démarrer, puis sur Accepter la position actuelle. Enregistrez les données de temps de chargement.</li>
	<li>Retirez l’échantillon. Consigner la morphologie de l’échantillon après l’essai de traction.</li>
	<li>Répétez l’essai de traction cinq fois pour vous assurer de la répétabilité des résultats.</li>
	<li>Utilisez un logiciel de corrélation d’images numériques (DIC) pour mesurer la déformation nominale de l’échantillon pendant l’essai de traction.</li>
	<li>Cliquez sur Image à l’échelle de longueur pour calibrer la longueur des pixels, cliquez sur Image de référence, puis choisissez la première image comme image de référence. Cliquez sur Image déformée et choisissez les images restantes comme images déformées. Cliquez sur Outils de dessin | Sélectionnez rectangle pour sélectionner la zone de mesure. Cliquez sur Extensomètre et définissez la longueur de l’extensomètre sur 100 mm, puis cliquez sur Traitement | Démarrer la corrélation.</li>
	<li>Divisez la charge par la section transversale pour obtenir la contrainte nominale.</li>
	<li>Combinez la déformation nominale de la mesure DIC et la contrainte nominale de la machine d’essai de traction.</li>
	<li>Choisissez la pente du segment linéaire de la courbe déformation-contrainte comme module d’élasticité. Choisissez la valeur de crête de la courbe force-temps de traction comme résistance.</li>
	<li>Comparez le module d’élasticité et la résistance des échantillons.</li>
</ol>

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.

Cet article se concentre sur les deux procédés de fabrication différents pour la méthode de stratification à la main à faible coût. Par conséquent, deux procédés de fabrication ont été sélectionnés pour être soigneusement décrits dans cet article, qui sont plus simples, plus faciles à maîtriser, moins coûteux en investissement et adaptés à la production avec modification des matériaux dans les laboratoires et les usines à petite échelle. Lors de la polymérisation des stratifiés, une pression de ...

Le composite polymère renforcé de fibres (FRP) est un type de matériau à haute résistance fabriqué en mélangeant des renforts de fibres et des matrices polymères 1,2,3. Il est largement utilisé dans les industries aérospatiales 4,5,6, de la construction7,8, de l’automobile 9 et de la marine10,11 en raison de sa faible densité, de sa rigidité et de sa résistance spécifiques élevées, de ses propriétés de fatigue et de son excellente résistance à la corrosion. Les fibres synthétiques courantes comprennent les fibres de carbone, les fibres de verre et les fibres d’aramide12. La fibre de verre a été choisie pour l’étude dans cet article. Par rapport à l’acier traditionnel, les stratifiés composites de renfort en fibre de verre (GFRP) sont plus légers, avec moins d’un tiers de la densité, mais peuvent atteindre une résistance spécifique plus élevée que l’acier.
Le processus de préparation du FRP comprend le moulage par transfert de résine assisté par vide (VARTM)13, l’enroulement filamentaire (FW)14 et le moulage préimprégné, en plus de nombreux autres procédés de fabrication avancés15,16,17,18. Par rapport à d’autres procédés de préparation, le procédé de laminage à la main/sac sous vide humide (WLVB) présente plusieurs avantages, notamment des exigences d’équipement simples et une technologie de processus simple, et les produits ne sont pas limités par la taille et la forme. Ce procédé a un haut degré de liberté et peut être intégré au métal, au bois, au plastique ou à la mousse.
Le principe du procédé WLVB est d’appliquer une plus grande pression de formage à travers des sacs sous vide pour améliorer les propriétés mécaniques des stratifiés préparés ; La technologie de production de ce procédé est facile à maîtriser, ce qui en fait un procédé de préparation de matériaux composites économique et simple. Ce processus est entièrement manuel et il est grandement influencé par les compétences du personnel de préparation. Par conséquent, les produits sont sujets à des défauts tels que des vides et des épaisseurs inégales, ce qui entraîne des qualités et des propriétés mécaniques instables du stratifié. Par conséquent, il est nécessaire de décrire en détail le processus WLVB, de contrôler finement les étapes et de quantifier la proportion du matériau, afin d’obtenir une grande stabilité des propriétés mécaniques des stratifiés.
La plupart des chercheurs ont étudié le comportement quasi-statique 19,20,21,22,23 et dynamique 24,25,26,27,28, ainsi que la modification des propriétés 29,30 des matériaux composites. Le rapport de fraction volumique de la fibre à la matrice joue un rôle crucial dans les propriétés mécaniques du stratifié FRP. Dans une plage appropriée, une fraction volumique plus élevée de fibre peut améliorer la résistance et la rigidité du stratifié FRP. Andrew et al.31 ont étudié l’effet de la fraction volumique des fibres sur les propriétés mécaniques d’échantillons préparés par le procédé de fabrication additive par modélisation par dépôt de fil fondu (FDM). Les résultats ont montré que lorsque la fraction volumique des fibres était de 22,5 %, l’efficacité de la résistance à la traction atteignait son maximum, et une légère amélioration de la résistance était observée lorsque la fraction volumique des fibres atteignait 33 %. Khalid et al.32 ont étudié les propriétés mécaniques de composites continus renforcés de fibres de carbone (CF) imprimés en 3D avec diverses fractions volumiques de fibres, et les résultats ont montré que la résistance à la traction et la rigidité étaient améliorées avec l’augmentation de la teneur en fibres. Uzay et al.33 ont étudié les effets de trois méthodes de fabrication - la stratification manuelle, le moulage par compression et l’ensachage sous vide - sur les propriétés mécaniques du polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC). La fraction volumique des fibres et le vide des stratifiés ont été mesurés, des essais de traction et de flexion ont été effectués. Les expériences ont montré que plus la fraction volumique des fibres est élevée, meilleures sont les propriétés mécaniques.
Les vides sont l’un des défauts les plus courants du stratifié FRP. Les vides réduisent les propriétés mécaniques des matériaux composites, telles que la résistance, la rigidité et la résistance à la fatigue34. La concentration des contraintes générées autour des vides favorise la propagation des micro-fissures et réduit la résistance d’interface entre l’armature et la matrice. Les vides internes accélèrent également l’absorption d’humidité du stratifié FRP, ce qui entraîne un décollement de l’interface et une dégradation des performances. Par conséquent, l’existence de vides internes affecte la fiabilité des composites et limite leur large application. Zhu et al.35 ont étudié l’influence de la teneur en vide sur les propriétés de résistance au cisaillement interlaminaire statique des stratifiés composites CFRP et ont constaté qu’une augmentation de 1 % de la teneur en vide allant de 0,4 % à 4,6 % entraînait une détérioration de 2,4 % de la résistance au cisaillement interlaminaire. Scott et al.36 ont présenté l’effet des vides sur le mécanisme d’endommagement dans les stratifiés composites CFRP soumis à une charge hydrostatique à l’aide de la tomodensitométrie (TDM) et ont constaté que le nombre de vides est de 2,6 à 5 fois supérieur au nombre de fissures réparties aléatoirement.
Des stratifiés FRP de haute qualité et fiables peuvent être fabriqués à l’aide d’un autoclave. Abraham et al.37 ont fabriqué des stratifiés à faible porosité et à haute teneur en fibres en plaçant un assemblage WLVB dans un autoclave avec une pression de 1,2 MPa pour le durcissement. Néanmoins, l’autoclave est un équipement volumineux et coûteux, ce qui entraîne des coûts de fabrication considérables. Bien que le procédé de transfert de résine assisté par le vide (VARTM) soit utilisé depuis longtemps, il a une limite en termes de coût en temps, un processus de préparation plus compliqué et plus de consommables jetables tels que les tubes de dérivation et les milieux de dérivation. Par rapport au procédé WL, le procédé WLVB compense une pression de moulage insuffisante grâce à un sac sous vide à faible coût, absorbant l’excès de résine du système pour augmenter la fraction volumique des fibres et réduire la teneur en pores internes, améliorant ainsi considérablement les propriétés mécaniques du stratifié.
Cette étude explore les différences entre le processus WL et le processus WLVB, et détaille le processus méticuleux du processus WLVB. La teneur en volume de fibres des stratifiés a été calculée par la méthode de la formule, et les résultats ont montré que la teneur en volume de fibres des stratifiés WL était de 42,04 %, tandis que celle des stratifiés WLVB était de 57,82 %, en hausse de 15,78 %. Les propriétés mécaniques des stratifiés ont été caractérisées par des essais de traction et d’impact. Les résultats expérimentaux ont révélé qu’avec le procédé WLVB, la résistance et le module des stratifiés ont été augmentés de 17,4 % et 16,35 %, respectivement, et l’énergie spécifique absorbée a été augmentée de 19,48 %.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>breather fabric</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>BR180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>drop-weight impact testing machine</td>
			<td>Instron</td>
			<td>9340</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy matrix</td>
			<td>Axson Technologies</td>
			<td>5015/5015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glass fiber</td>
			<td>Weihai Guangwei Composites</td>
			<td>W-9311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>non-porous release film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>R240</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Peel ply&#160;</td>
			<td>Sino Composite</td>
			<td>CVP200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>perforated released film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>R120-P3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>test machine</td>
			<td>ZwickRoell</td>
			<td>250kN</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vacuum film</td>
			<td>Easy composites</td>
			<td>GVB200</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the mechanical properties of glass fiber reinforcement polymer composite laminates obtained by different fabrication processes

Le procédé traditionnel de stratification à la main humide (WL) a été largement appliqué dans la fabrication de stratifiés composites à fibres. Cependant, en raison de l’insuffisance de la pression de formage, la fraction massique de la fibre est réduite et de nombreuses bulles d’air sont piégées à l’intérieur, ce qui entraîne des stratifiés de mauvaise qualité (faible rigidité et résistance). Le procédé de stratification à la main humide/sac sous vide (WLVB) pour la fabrication de stratifiés composites est basé sur le processus traditionnel de stratification à la main humide, utilisant un sac sous vide pour éliminer les bulles d’air et fournir de la pression, puis effectuant le processus de chauffage et de durcissement. 
Par rapport au processus traditionnel de stratification manuelle, les stratifiés fabriqués par le procédé WLVB présentent des propriétés mécaniques supérieures, notamment une meilleure résistance et rigidité, une fraction volumique de fibre plus élevée et une fraction volumique de vide plus faible, qui sont tous des avantages pour les stratifiés composites. Ce processus est entièrement manuel et il est grandement influencé par les compétences du personnel de préparation. Par conséquent, les produits sont sujets à des défauts tels que des vides et des épaisseurs inégales, ce qui entraîne des qualités et des propriétés mécaniques instables du stratifié. Par conséquent, il est nécessaire de décrire finement le processus WLVB, de contrôler finement les étapes et de quantifier les rapports de matériaux, afin de garantir les propriétés mécaniques des stratifiés. 
Cet article décrit le processus méticuleux du procédé WLVB pour la préparation des stratifiés composites de renfort en fibre de verre (GFRP) tissés à motifs simples. La teneur en volume de fibres des stratifiés a été calculée à l’aide de la méthode de la formule, et les résultats calculés ont montré que la teneur en volume de fibres des stratifiés WL était de 42,04 %, tandis que celle des stratifiés WLVB était de 57,82 %, en augmentation de 15,78 %. Les propriétés mécaniques des stratifiés ont été caractérisées à l’aide d’essais de traction et d’impact. Les résultats expérimentaux ont révélé qu’avec le procédé WLVB, la résistance et le module des stratifiés ont été augmentés de 17,4 % et 16,35 %, respectivement, et l’énergie spécifique absorbée a été augmentée de 19,48 %.

Fiber reinforced polymer composite (FRP) is a type of high-strength material manufactured by mixing fiber reinforcement and polymer matrixes1,2,3. It is widely used in the aerospace4,5,6, construction7,8, automotive9, and marine10,11 industries due to its low density, high specific stiffness and strength, fatigue properties, and excellent corrosion resistance. Common synthetic fibers include carbon fibers, glass fibers, and aramid fibers12. Glass fiber was chosen for investigation in this paper. Compared to traditional steel, glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs) are lighter, with less than one-third of the density, but can achieve a higher specific strength than steel.
The preparation process of FRP includes vacuum-assisted resin transfer molding (VARTM)13, filament winding (FW)14, and prepreg molding, in addition to many other advanced fabrication processes15,16,17,18. Compared to other preparation processes, the wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process has several advantages, including simple equipment requirements and uncomplicated process technology, and the products are not limited by size and shape. This process has a high degree of freedom and can be integrated with metal, wood, plastic, or foam.
The principle of the WLVB process is to apply greater forming pressure through vacuum bags to enhance the mechanical properties of the prepared laminates; the production technology of this process is easy to master, making it an economical and simple composite material preparation process. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to describe the WLVB process in detail, finely control steps, and quantify material proportion, in order to obtain a high stability of mechanical properties of laminates.
Most researchers have studied the quasi-static19,20,21,22,23 and dynamic behavior24,25,26,27,28, as well as the property modification29,30 of composite materials. The volume fraction ratio of fiber to matrix plays a crucial role in mechanical properties of FRP laminate. In an appropriate range, a higher volume fraction of fiber can improve the strength and stiffness of FRP laminate. Andrew et al.31 investigated the effect of fiber volume fraction on the mechanical properties of specimens prepared by the fused deposition modeling (FDM) additive manufacturing process. The results showed that when the fiber volume fraction was 22.5%, the tensile strength efficiency reached its maximum, and a slight improvement in strength was observed as the fiber volume fraction reached 33%. Khalid et al.32 studied the mechanical properties of continuous carbon fiber (CF)-reinforced 3D-printed composites with diverse fiber volume fractions, and the results showed that both tensile strength and stiffness were improved with the rise in fiber content. Uzay et al.33 investigated the effects of three fabrication methods-hand lay-up, compression molding, and vacuum bagging-on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP). The fiber volume fraction and void of the laminates were measured, tensile and bending tests were conducted. The experiments showed that the higher the fiber volume fraction, the better the mechanical properties.
Voids are one of the most common defects in FRP laminate. Voids reduce the mechanical properties of composite materials, such as strength, stiffness, and fatigue resistance34. The stress concentration generated around the voids promotes the propagation of micro-cracks and reduces the interface strength between reinforcement and matrix. Internal voids also accelerate the moisture absorption of FRP laminate, resulting in interface debonding and performance degradation. Therefore, the existence of internal voids affects the reliability of composite and restricts their wide application. Zhu et al.35 investigated the influence of void content on the static interlaminar shear strength properties of CFRP composite laminates, and found that a 1% increase in void content ranging from 0.4% to 4.6% led to a 2.4% deterioration in interlaminar shear strength. Scott et al.36 presented the effect of voids on damage mechanism in CFRP composite laminates under hydrostatic loading using computed tomography (CT), and found that the number of voids is 2.6-5 times the number of randomly distributed cracks.
High-quality and reliable FRP laminates can be manufactured by using an autoclave. Abraham et al.37 manufactured low-porosity, high-fiber content laminates by placing a WLVB assembly in an autoclave with a pressure of 1.2 MPa for curing. Nevertheless, the autoclave is a large and expensive piece of equipment, resulting in considerable manufacturing costs. Although the vacuum-assisted resin transfer process (VARTM) has been in use for a long time, it has a limit in terms of the time cost, a more complicated preparation process, and more disposable consumables such as diversion tubes and diversion media. Compared with the WL process, the WLVB process compensates for insufficient molding pressure through a low-cost vacuum bag, absorbing excess resin from the system to increase the fiber volume fraction and reduce the internal pore content, thereby greatly improving the mechanical properties of the laminate.
This study explores the differences between the WL process and the WLVB process, and details the meticulous process of the WLVB process. The fiber volume content of laminates was calculated by the formula method, and the results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of laminates were characterized by tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

Author Spotlight: Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process 

Mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication

Le tableau 1 indique la fraction volumique des fibres, l’épaisseur moyenne et le processus de fabrication des échantillons. Le G8-WLVB et le G8-WL représentent les stratifiés constitués d’un tissu de verre à 8 plis fabriqué par laminage humide à la main avec et sans le processus de sac sous vide, respectivement. Évidemment, avec l’aide du sac sous vide, les stratifiés ont une augmentation de 15,78 % de la fraction volumique des fibres, ainsi qu’une réduction de 16,27 % de l’épaisseu...

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Cet article décrit un procédé de fabrication de stratifiés composites à matrice polymère renforcée de fibres obtenus à l’aide de la méthode de stratification à la main humide / sac sous vide.

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

Nos recherches se concentrent sur l’amélioration de la ténacité d’interface et de la résistance altérée des composites à fibres. Nous essayons d’améliorer la résistance altérée des composites à fibres en incorporant des nanoparticules. L’un des défis les plus courants dans la fabrication de composites à fibres est le manque de répétabilité.Grâce à un contrôle précis de la profondeur de fabrication et à la quantification des proportions des matériaux, nous pouvons obtenir des stratifiés aux propriétés mécaniques très stables. Cette approche garantit des résultats de test hautement reproductibles sur différents lots. Le procédé eWLB pour la fabrication de stratifiés composites utilise un sac sous vide pour éliminer les bulles d’air.Par rapport à d’autres processus, ce processus présente de nombreux avantages. Cela nécessite un équipement simple, implique des technologies de processus qui ne sont pas compliquées, et les produits ne sont pas non plus limités par la taille ou la forme.

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Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

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1.1K vues.  Southern University of Science and Technology. Nos recherches se concentrent sur l’amélioration de la ténacité d’interface et de la résistance altérée des composites à fibres. Nous essayons d’améliorer la résistance altérée des composites à fibres en incorporant des nanoparticules. L’un des défis les plus courants dans la fabrication de composites à fibres est le manque de répétabilité.Grâce à un contrôle précis de la profondeur de fabrication et à la quantification des proportions des matériaux, nous...

Vidéo: Author Spotlight: Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process 

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the forming pressure, the mass fraction of fiber is reduced and lots of air bubbles are trapped inside, resulting in low-quality laminates (low stiffness and strength). The wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process for the fabrication of composite laminates is based on the traditional wet hand lay-up process, using a vacuum bag to remove air bubbles and provide pressure, and then carrying out the heating and curing process. 
Compared with the traditional hand lay-up process, laminates manufactured by the WLVB process show superior mechanical properties, including better strength and stiffness, higher fiber volume fraction, and lower void volume fraction, which are all benefits for composite laminates. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of the preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to finely describe the WLVB process, finely control steps, and quantify material ratios, in order to ensure the mechanical properties of laminates. 
This paper describes the meticulous process of the WLVB process for preparing woven plain patterned glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs). The fiber volume content of laminates was calculated using the formula method, and the calculated results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of the laminates were characterized using tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

This paper describes a fabrication process for fiber-reinforced polymer matrix composite laminates obtained using the wet hand lay-up/vacuum bag method.

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﻿Fabrication of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates by Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag (WLVB) Method

Fabrication of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates by Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag (WLVB) Method  

Begin by heating the glass fiber fabric at 60 degrees Celsius for eight hours. Then, paste an isolation film on the acrylic sheet to prevent the resin from bonding. Position the mold in the laying area.Gently mix the resin and hardener for five minutes before placing it in a vacuum chamber to remove air bubbles. Place a non-porous release film on the mold and secure it with tape. Then, lay one Peel Ply on the non-porous release film.Pour epoxy resin on the film and evenly distribute it throughout using a scraper. Next, ply the first fiber fabric on the resin. Roll the fabric with a naked roller to ensure bubble removal and complete resin infiltration into the fabric.Again, pour and evenly spread the resin on the fabric using a scraper and continue till all the fabric has been used. Place a Peel Ply on the fabric and manually remove air bubbles by scraping in one direction. Lay a perforated release film followed by a breather fabric.Position the suction channel and breathable pad to one side. Secure a circular heat-resistant tape with an acrylic sheet outside the mold and attach the vacuum bag at the top of the device to create a closed space. Apply vacuum for 10 hours at room temperature, then switch off the vacuum pump and maintain quiescence for 14 hours.Cure the laminates completely at 80 degrees Celsius for 16 hours before measuring the fiber volume fraction. Comparison of laminates fabricated by the wet hand layup method with and without the vacuum bag process revealed that the vacuum bag assistance, the fiber volume fraction of the laminates increased by 15.78%and their average thickness reduced to 2.11 millimeters.

Fabrication de stratifiés composites en polymère renforcé de fibres de verre (PRVV) par la méthode de stratification à la main humide/sac sous vide (WLVB)

Impact Property Characterization of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Composite Laminates

To begin the impact test of glass fiber reinforced polymer or GFRP composite laminates. Cut a set of 150 millimeter by 100 millimeter GFRP samples using a high precision cutting machine. Record the weight and size of each sample.Then mark the positions of the samples using positioning nails in their centers that the impactor can contact for every test. Fix the sample onto the impact support fixture using four rubber tips. Power on the drop hammer testing machine to conduct the impact test using a drop weight impact tower.After connecting it to the controller click home to do the beam reset and then click before test. Input the measurement thickness as 2.1 or 2.5 millimeters for WLVB or WL samples respectively. Set the additional mass to two kilograms and the impact energy to 10 joules.Click start to initiate the experiment. Record the impact response data such as force, deflection, and energy history. Remove the sample and document its morphology after the impact.Finally, calculate and compare the data of each sample. Great repeatability of the impact test was evident from the obtained force and absorbed energy curves of samples fabricated by WLVB and WL methods. The force time curve represented a typical non-piercing curve having a sine wave-like shape.The absorbed energy value increased first with the laminate absorbing and converting the impactor's kinetic energy into its internal energy. And then the value decreased over time as the laminate released elastic energy to rebound the impactor. The specific absorbed energy of the WLVB sample was larger than that of the WL sample.The WLVB laminates absorbed 19.48%more specific energy compared to the WL ones. Further, the higher impact energy absorption capacity of WLVB samples was confirmed by their relatively smaller damaged area.