Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les procédés de moulage des composites structuraux peuvent être optimisés à partir d’expressions reliant les paramètres de contrôle des procédés, les caractéristiques géométriques des pièces et les propriétés et comportements des matériaux mis en oeuvre. Au travers de différents exemples pratiques, cet article illustre comment obtenir ces modèles à partir de grands principes de conservation et des connaissances sur le comportement des phases du composite. Les différents modèles sont décrits selon une classification basée sur le type d’écoulement généré.
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Structural composite moulding processes can be optimised from expressions relating process control parameters, part geometrical characteristics and material properties and behaviour. Through various practical examples, this article illustrates how to obtain these models from the main conservation principles and knowledge of the behaviour of the composite phases. The different models are described according to a classification based on the type of flow generated.
Auteur(s)
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Christophe BINETRUY : Professeur - École Centrale de Nantes, Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique, UMR CNRS 6183, Nantes, France
INTRODUCTION
La multiplicité des technologies de fabrication et des matériaux constitutifs des composites offre de nombreuses possibilités aux concepteurs, mais parallèlement elle complique le travail de sélection et de mise au point des procédés de fabrication. Le choix d’une technologie est un enjeu technico-économique qui doit s’effectuer en fonction du type et du nombre de pièces à réaliser, de la cadence de production, des investissements à prévoir… Il existe en fait beaucoup de critères à prendre en compte qui rendent la sélection du procédé adapté assez délicate. Par ailleurs, les phénomènes physiques et chimiques mis en jeu dans le cadre du moulage des composites avancés sont complexes et de surcroît couplés, ce qui ajoute un degré supplémentaire de complexité [AM 3 718]. Une fois le choix de la technologie effectué, il convient d’optimiser les paramètres de fabrication. Des essais répétés sur des prototypes permettent de préciser la valeur de ces paramètres et de déterminer la meilleure stratégie. Cette solution longue à mettre en place et à conduire jusqu’à son terme présente aussi l’inconvénient d’être coûteuse, car une modification d’un des éléments du cahier des charges peut remettre en question les choix initiaux.
Face à la complexité croissante des applications et à la réduction des temps de développement, l’empirisme doit céder la place à des méthodes qui se fondent sur une compréhension plus profonde des liens entre les paramètres de contrôle des procédés et les propriétés des matériaux mis en œuvre. Dans ce contexte, les outils de calcul décrivant la fabrication des composites en relation avec la conception des pièces deviennent des instruments nécessaires dans la chaîne de conception-fabrication et participent au développement et au déploiement des technologies et des solutions composites dans le monde industriel.
L’objet de cet article est d’appliquer certains modèles présentés dans l’article [AM 3 718] aux situations rencontrées dans les procédés de moulage des composites structuraux et qui présentent un intérêt pratique pour l’estimation de grandeurs telles que des pressions de résine, des températures et des temps caractéristiques.
Les composites structuraux désignent des polymères thermoplastiques ou thermodurcissables renforcés de fibres continues. Le moulage recouvre les technologies où les écoulements de polymère jouent un rôle essentiel dans la fabrication de la pièce.
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MOTS-CLÉS
moulage composites organiques structuraux paramètres de contrôle des procédés comportement des matériaux
KEYWORDS
molding | structural polymer composites | process control parameters | materials behaviour
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2006 par Christophe BINÉTRUY
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Consolidation avec taux de fibres constant2. Écoulement avec variation du taux de fibres
On s’intéresse ici aux écoulements interstitiels de résine entre les fibres qui s’accompagnent d’une évolution pilotée ou induite du taux de fibre. Ce cas de figure généralise les écoulements étudiés à la section 1.
2.1 Écoulement plan induit par une compression
La consolidation des préimprégnés thermodurcissables consiste à compacter l’empilement de couches afin de créer des interfaces continues en résine entre les plis. L’effort mécanique de compactage peut être obtenu par la fermeture d’une presse, par la pression d’un autoclave ou par la mise sous vide de l’empilement. Il provoque la mise en mouvement de la résine qui, en raison d’une viscosité suffisamment faible, s’écoule au travers des couches de fibres. Une partie de la résine est ainsi extraite de l’empilement ce qui donne lieu à une augmentation du taux de fibre (figure 8).
La consolidation uniaxiale de préimprégnés a été modélisée dans . L’équation gouvernante combine la conservation de la masse de fluide et de fibres, alors que le mouvement du fluide entre les fibres est décrit par la loi de Darcy. La difficulté réside dans ce qui se produit dans l’épaisseur puisqu’à la fois les fibres se déplacent verticalement en se rapprochant les unes des autres (direction z) du fait de la consolidation, alors que le fluide s’écoule également dans cette direction. Si les phases se déplacent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WEITZENBÖCK (J.R.), SHENOI (R.A.), WILSON (P.A.) - Measurement of principal permeability with the channel flow experiment. - In: Polymer Composites 20.2, p. 321-335 (1999).
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(3) - BANCORA (S.P.), al - Effective permeability averaging scheme to address in-plane anisotropy effects in multi-layered preforms. - In: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 113, p. 359-369 (2018).
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(4) - TARI (M.J.), al - Analysis of resin transfer molding with high permeability layers. - In: J. Manus. Sci. Eng. (1998).
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