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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Écoulement avec variation du taux de fibres
En anglais
1. Écoulement de résine liquide dans un renfort fibreux stationnaire
Il existe des procédés ou des étapes d’un procédé qui sont le siège d’un écoulement de résine au sein d’un renfort qui ne se déforme pas. Cette condition provient de la technologie employée, par exemple en moulage RTM (Resin Transfer Molding) où la viscosité de la résine et les vitesses d’écoulement sont suffisamment faibles pour ne pas provoquer de déformation du réseau fibreux.
1.1 Écoulement saturé en milieu homogène
Dans cette partie on s’intéresse aux écoulements de résine de basse viscosité dans un renfort fibreux de perméabilité K qui ne se déforme pas au passage du fluide en son sein. Par ailleurs la présence de l’air au front d’écoulement est négligée ; l’écoulement est donc qualifié de monophasique. Il est supposé que ce dernier peut être décrit par la loi de Darcy, et que le fluide est incompressible et de viscosité constante η.
HAUT DE PAGE1.1.1 Écoulement unidirectionel
Les écoulements unidirectionnels sont rencontrés dans la pratique lorsque la résine est injectée depuis un bord de pièce. Afin de les étudier, on considère la géométrie décrite en figure 1. Le repère (x, y, z) est associé au moule ; on note (x 1, x 2, x 3) le repère associé au matériau. Un écoulement unidirectionnel, appelé également écoulement frontal, est imposé selon la direction x. On souhaite établir des expressions qui relient les vitesses et pressions se développant dans le milieu fibreux en fonction des conditions limites imposées (pression ou débit), de la géométrie du domaine et des propriétés des matériaux (perméabilité et viscosité). On rappelle ici l’équation de Darcy dans sa forme générale matricielle dans un milieu anisotrope. On se limite au cas des écoulements planaires car les pièces composites sont généralement de faible épaisseur.
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Écoulement de résine liquide dans un renfort fibreux stationnaire
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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(4) - TARI (M.J.), al - Analysis of resin transfer molding with high permeability layers. - In: J. Manus. Sci. Eng. (1998).
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