Relationship Between Epoxy Resin Properties and Weepage of Glass-Reinforced Filament-Wound Pipes
Relation entre les propriétés de la résine et le phénomène de perlage de tubes composites verre-époxy
1
Axson France
2
ESPCI
3
Institut Français du Pétrole
Corresponding author: cecile. barrere-tricca@ifp. fr
This study aims to understand the relationship between mechanical properties of a resin and weepage (loss of water tightness) of glass-reinforced filament-wound pipes. A three-stage study has been carried out, from epoxy resin chemistry to mechanical behaviour of composite pipes under pressure. Four resin formulations were selected by accounting for their different mechanical characteristics in tension. The study of unidirectional composite plaques showed that fracture in tension transversally to the fibre direction essentially comes from the failure of the fibre/matrix interface. The failure strain of these plaques is higher when the strain of the resin at failure of the fibre/matrix interface is higher. Biaxial pressure tests on ± 55°-filament-wound pipes revealed that weepage is due to the transversal failure of unidirectional layers of the pipe wall. Moreover, a very simple weepage criterion was proposed: weepage appears for a pressure directly proportional to the failure strain of unidirectional composite plaques in tension transversally to the fibre direction. The proportionality constant depends on the pipe geometry.
Résumé
Afin de mieux comprendre le rôle de la matrice sur le phénomène de perlage de tubes composites, une démarche complète a été suivie, allant de la chimie des résines époxy à la mécanique de tubes composites sous pression, en passant par une étape intermédiaire de caractérisation d'échantillons composites plans. Quatre formulations présentant des propriétés mécaniques en traction très différentes ont été sélectionnées. L'étude de composites unidirectionnels plans a montré que la rupture en traction transverse se produit essentiellement par décohésion fibre/matrice. L'allongement à rupture des composites unidirectionnels plans en traction transverse est d'autant plus élevé que l'allongement de la résine à la rupture de l'interface fibre/matrice est grand. Des essais en pression interne avec effet de fond sur tubes composites bobinés à ± 55° ont montré que le perlage provient de la rupture des monocouches unidirectionnelles perpendiculairement aux fibres constituant la paroi du tube. Un critère simple de perlage a été proposé : le perlage apparaît pour une pression directement proportionnelle à l'allongement à rupture des composites unidirectionnels plans en traction transverse. La constante de proportionnalité dépend de la géométrie du tube.
© IFP, 2002