Mechanical behaviour of brick-and-mortar carbon fibre thermoplastic composites

Abstract

[EN] Brick-and-mortar carbon fibre structures have attracted considerable attention owing to their reliable mechanical performance and processability. Their primary advantages include high damage tolerance, multiple energy dissipation mechanisms and the potential to use carbon fibre scraps instead of pristine carbon fibre prepregs. However, their behaviour under specific loading conditions, particularly Mode I and Mode II fracture, remains unclear. Moreover, while most studies have focused on thermoset matrix systems, research on brick-and-mortar composites with high-performance thermoplastic matrices remains scarce. To address this, the present study investigated the mechanical behaviour of brick-and-mortar laminates fabricated from carbon fibre/poly-ether-ether-ketone tapes. Tensile, Mode I (double cantilever beam) and Mode II (three-point end-notched flexure) fracture tests were conducted. Numerical simulations were also conducted to examine the underlying failure mechanisms, yielding good agreement with experimental observations.

[ES] Las estructuras de fibra de carbono tipo ladrillo y mortero han atraído considerable atención debido a su fiable rendimiento mecánico y procesabilidad. Sus principales ventajas incluyen una alta tolerancia al daño, múltiples mecanismos de disipación de energía y la posibilidad de utilizar restos de fibra de carbono en lugar de preimpregnados de fibra de carbono vírgenes. Sin embargo, su comportamiento bajo condiciones de carga específicas, en particular la fractura en Modo I y Modo II, aún no está claro. Además, si bien la mayoría de los estudios se han centrado en sistemas de matriz termoestable, la investigación sobre compuestos tipo ladrillo y mortero con matrices termoplásticas de alto rendimiento sigue siendo escasa. Para abordar esta cuestión, el presente estudio investigó el comportamiento mecánico de laminados tipo ladrillo y mortero fabricados con cintas de fibra de carbono/poliéter-éter-cetona. Se realizaron ensayos de tracción, fractura en Modo I (viga doble en voladizo) y fractura en Modo II (flexión en tres puntos con muesca en el extremo). También se llevaron a cabo simulaciones numéricas para examinar los mecanismos de fallo subyacentes, obteniendo una buena concordancia con las observaciones experimentales.