Residual mechanical properties of a carbon/epoxy wound composite exposed to fire

Abdelkibir Benelfellah (1) , Thi Hai Yen Quach (1) , Damien Halm (1) , Thomas Rogaume (1) , Denis Bertheau (1)

1 PPrime [Poitiers] - Institut Pprime [UPR 3346]

Hydrogen is expected to be a highly valuable energy carrier for the 21 st century as it should participate in answering main society and economical concerns. To exploit the benefits of hydrogen at large scale, further research and technological developments are required in order to secure the storage. Thus, studies on the thermal-mechanical behaviour of the materials used for the storage of hydrogen are necessary. Actually, the use of epoxy/carbon fibre composite is developed widely because of its low weight, and its good mechanical properties. The thermal aggression representing the one of a fire is performed by using a cone calorimeter apparatus (ISO 5660). The composite sample is exposed to homogeneous heat fluxes, from 20 to 60kW/m2. The fire exposure is stopped at different times in order to study the influence of the thermal energy (different heat fluxes and exposure durations) on the residual mechanical tensile properties. The results obtained show that the residue thickness of the samples is proportional to the applied energy on the samples and the inflammation duration. The stiffness and the ultimate strength decrease when the duration of exposure to the cone calorimeter increases. A proportional relationship between the ultimate stress of the exposed sample and the non-charred thickness is also observed. 22 ème Congrès Français de Mécanique Lyon, 24 au 28 Août 2015

L'hydrogène devrait être un vecteur d'énergie très précieux pour le 21 éme siècle comme il devrait répondre aux préoccupations économiques principales de la société. Pour exploiter les avantages de cette source d'énergie à grande échelle, des recherches et développements technologiques sont nécessaires pour sécuriser le stockage. Ainsi, des études sur le comportement thermomécanique des matériaux utilisés pour le stockage de l'hydrogène sont nécessaires. L'utilisation de composite époxy / fibre de carbone est largement répandue en raison de son faible poids, et de ses bonnes propriétés mécaniques. Afin de reproduire les conditions d'un incendie, l'agression thermique est effectuée en utilisant un cône calorimètre (ISO 5660). L'échantillon composite est exposé à des flux thermiques homogènes, de 20 à 60 kW / m 2. L'exposition au feu et l'arrêt à des moments différents ont pour but d'étudier l'influence de l'énergie thermique (différents flux de chaleur et durées d'exposition) sur les propriétés mécaniques résiduelles en traction. Les résultats obtenus montrent que l'épaisseur de résidu (charbon) des échantillons est proportionnelle à l'énergie appliquée sur les échantillons et la durée de l'inflammation. La rigidité et la force ultime diminuent lorsque la durée d'exposition au cône calorimètre augmente. Une relation proportionnelle entre la contrainte à la rupture de l'échantillon exposé et l'épaisseur non carbonisée est également observée.

Mots clés: Composite materials; thermo-mechanical behaviour; fire exposure

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Abdelkibir Benelfellah, Thi Hai Yen Quach, Damien Halm, Thomas Rogaume, Denis Bertheau. Residual mechanical properties of a carbon/epoxy wound composite exposed to fire. 22 ème Congrès Français de Mécanique, Aug 2015, Lyon, France. ⟨hal-02966164⟩