Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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)
-
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
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Thermocinétique
En anglais
3. Consolidation avec taux de fibres constant
La compression d’un renfort fibreux préimprégné d’un polymère de viscosité élevée donne lieu à des écoulements où les fibres sont transportées par le polymère. Ce mécanisme est observé pour les polymères thermoplastiques et pour certaines formulations de préimprégnés thermodurcissables. Contrairement aux situations décrites à la section 2 où intervient un écoulement interstitiel, ici c’est le composite qui s’écoule sans vitesse relative fibre/matrice. La conséquence pratique est que le taux de fibres du composite est conservé au cours de la transformation.
3.1 Empilement unidirectionnel
On considère l’empilement d’un préimprégné unidirectionnel présenté en figure 14, d’épaisseur initiale 2h 0, de largeur initiale 2l 0 où toutes les couches sont orientées selon la direction x 3. Le matériau est soumis à un effort de consolidation F selon la direction x 2.
Les hypothèses suivantes sont introduites :
H1 : Les fibres initialement orientées selon x 3 restent orientées dans cette direction pendant la compression ;
H2 : On suppose que la matrice a une viscosité suffisamment élevée pour qu’à la vitesse de compression
le polymère entraîne les fibres selon la direction x 1 et qu’il ne s’écoule pas dans la direction x 3 (v 3 = 0). Dans ce cas le taux de fibres demeure constant, et du fait de la conservation de la masse, la consolidation entraîne simplement un changement de facteur de forme de l’empilement qui respecte la condition géométrique :
( 104 )
H3 : Les fibres continues sont supposées inextensibles du fait de leur grande rigidité ;
H4 : Le matériau...
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Consolidation avec taux de fibres constant
BIBLIOGRAPHIE
-
(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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