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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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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
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- Version archivée 1 de oct. 2006 par Christophe BINÉTRUY
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4. Thermocinétique
Une problématique classique dans le domaine de la consolidation de préimprégnés thermodurcissables concerne la définition de la fenêtre de procédé optimale en matière de pression, temps et température pour obtenir un composite sain ayant le taux de fibres et les dimensions désirées. Parmi les différentes questions liées à cette problématique, on s’intéresse ici au suivi de polymérisation d’une plaque réalisée avec un préimprégné thermodurcissable renforcé de fibres de verre unidirectionnelles.
L’empilement d’épaisseur 10 mm, initialement à une température homogène de 20 °C, est exposé à une température d’ambiance constante de 100 °C pour activer la polymérisation. On admet que les dimensions planaires sont grandes par rapport à l’épaisseur de l’empilement, ce qui permet de supposer que le champ de température est homogène dans le plan. En utilisant l’équation de conservation de l’énergie (équation (61)) décrite dans [AM 3 718], il vient dans le cas présent :
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BIBLIOGRAPHIE
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