Fabrication de composites - A215

Fabrication de composites
Type de document	Article
Identificateur de document	215
Thèmes	La gestion thermique Gestion du dépôt et de la consolidation des matériaux Gestion des contraintes résiduelles et contrôle dimensionnel Gestion de l'usinage et de l'assemblage Gestion de la qualité/inspection

Marché

Comme expliqué dans le Page Approche systémique des composites pierre composite le processus de fabrication est un ensemble d'étapes de processus transformant le renforcement de la matière première et résine matrice constituants en un matériau composite combiné d'une forme et d'une géométrie de pièce souhaitées.

Flux de processus d'usine.

Les processus de fabrication composites sont souvent nommés en fonction d'une étape de processus particulière dans le processus de fabrication de la pièce complète. Par convention, le nom du processus fait référence au matériau (M), à la forme de la pièce (S), à l'outillage (T), à l'équipement (E) ou à une action particulière impliquée dans cette étape du processus (P) (voir L'approche MSTEP de KPC en matière de fabrication).

En général, la convention de dénomination des processus met en évidence une ou plusieurs des étapes de traitement de fabrication suivantes :

1. Pose et alignement des armatures
2. Imprégnation du renfort avec la matrice de résine
3. Transformer les deux composants matériels en un matériau solide

Le flux de travail de fabrication complet, cependant, comprend d'autres étapes nécessaires ; en commençant par la réception et le stockage de la matière première, jusqu'aux étapes mentionnées ci-dessus, et jusqu'à l'inspection finale des composants de la pièce et à la sortie de l'usine.

Pour une liste complète des étapes de processus génériques impliquées dans le processus de fabrication, veuillez consulter le Page Flux de processus d'usine.

Pour savoir comment identifier les étapes du processus, voir Pratique pour identifier les étapes du processus.

Exemples de processus courants

Comme mentionné, les procédés de fabrication de composites sont classiquement nommés d'après une ou des étapes ou actions de processus importantes, souvent l'étape de dépôt de matériau. Des exemples de certains processus de fabrication industrielle courants, mettant en évidence ces étapes de définition critiques, sont énumérés ci-dessous.

Pose humide

Réalisés à la main, des matelas de renfort, des câbles de fibres ou des tissus secs sont posés sur un moule ouvert. La résine est ensuite étalée sur les fibres en les mouillant. Alternativement, des couches de fibres individuelles (couches) sont parfois mouillées avec de la résine avant le transfert et la pose sur le moule. Le compactage des fibres se fait généralement à la main avec des rouleaux. Ce processus de mouillage et de pose est effectué couche par couche jusqu'à l'obtention de l'épaisseur de stratifié souhaitée. Le durcissement de la résine est effectué à température ambiante ou dans un four. Une limitation du processus est qu'une seule surface lisse peut être obtenue (côté moule) et une absence de contrôle direct de l'épaisseur.

Étapes du processus de stratification humide

Pulvérisation

La pulvérisation consiste à pulvériser des fibres hachées avec de la résine sur une surface de moule avec un pistolet de pulvérisation spécialisé. Les mèches de fibres sont introduites dans un pistolet de pulvérisation, hachant les fibres avant la pulvérisation. La résine peut être appliquée au pinceau ou mélangée aux fibres coupées lors du processus de pulvérisation. Semblable à la stratification humide, la fibre mouillée de résine est compactée à la main avec des rouleaux portatifs. Le durcissement de la résine est effectué à température ambiante ou dans un four.

Étapes du processus de pulvérisation

Traitement des préimprégnés en autoclave / hors autoclave

Pré-imprégné (préimprégné) des couches de fibres/résine (fournies sous cette forme par un fournisseur de matériaux) sont déposées sur un moule à la forme et à l'épaisseur souhaitées. La pile de préimprégnés sur le moule est ensuite placée dans un autoclave dans une configuration de sac sous vide pour durcir dans des conditions de chaleur et de pression appliquée.

Le traitement des préimprégnés hors autoclave (OOA) est similaire, sauf que le durcissement est effectué avec seulement une configuration de sac sous vide et des conditions de chauffage au four sans pression appliquée. Les préimprégnés OOA sont différents des matériaux préimprégnés durcis en autoclave en ce qu'ils sont spécialement conçus pour durcir sans la pression appliquée fournie par l'autoclave.

étapes du processus de préimprégnation

Moulage par compression

Le moulage par compression utilise un moule chauffé composé de matrices appariées placées dans une presse où une charge est placée entre les deux qui est pressée en forme lorsque le moule est fermé. La charge peut consister en un composé de moulage en masse (BMC), un composé de moulage en feuille (SMC) ou préforme tapis. Tous les deux thermodurci et thermoplastique les polymères peuvent être transformés par moulage par compression. Une fois la cuisson (matrice thermodurcissable) ou la solidification (matrice thermoplastique) terminée, le moule est ouvert et la pièce est retirée.

Étapes du processus de moulage par compression

Moulage par transfert de résine

Moulage par transfert de résine (RTM) est un procédé d'infusion de résine en moule fermé réalisé dans un moule en deux pièces ou plus. Une pile de renfort en fibres sèches (préforme) est placée dans la partie inférieure du moule, après quoi la moitié supérieure du moule est placée pour fermer l'installation. À travers des portes d'injection, la résine liquide est ensuite introduite dans le moule avec une pression appliquée faible à modérée jusqu'à environ 7 bars ou 100 psi. Lorsque le remplissage du moule est terminé, la résine est laissée durcir. Le RTM est généralement considéré pour une production de volume modéré à élevé. Il est bien adapté aux pièces de petite à moyenne taille, limitées aux grandes tailles en raison des charges de pression d'injection et du coût de l'outil.

Étapes du processus RTM

Infusion de résine assistée par le vide / Moulage par transfert de résine assisté par le vide

Infusion de résine sous vide (DIVERS) ou parfois appelé moulage par transfert de résine sous vide (VARTM), consiste à placer un empilement de renfort fibreux (préforme) sur un outil unilatéral, scellé avec un sac sous vide sur le dessus. Le vide est aspiré pour compacter la pile de fibres et pour aspirer la résine à travers la préforme. Une fois que la fibre est complètement imprégnée de résine, l'entrée de résine est serrée et le vide est maintenu jusqu'à ce que la résine soit durcie.

Étapes du processus VARI/VARTM

Enroulement de filament

Le processus est caractérisé par le placement de fibres mouillées de résine sur un outil de mandrin rotatif. Les câbles de fibres sont humidifiés avec de la résine en faisant passer des câbles de fibres sèches dans un bain de résine. Les câbles de fibres mouillés de résine sont ensuite déposés sur un mandrin rotatif. Les couches sont empilées par rotation du mandrin jusqu'à l'obtention de l'épaisseur souhaitée. Le durcissement de la résine est ensuite effectué.

Pultrusion

Les câbles de fibres sont humidifiés avec de la résine en faisant passer des câbles de fibres sèches dans un bain de résine. Les câbles de fibres mouillés sont ensuite soumis à un compactage et à un chauffage en étant passés à travers une filière de mise en forme chauffée. Le processus de pultrusion nécessite que la distribution des fibres et la forme de la section soient constantes sur toute la longueur de la pièce produite.

Étapes du processus de pultrusion

Moulage de la vessie

Le moulage en vessie est un procédé adapté aux structures creuses de forme complexe. Dans ce processus, les plis préimprégnés sont enroulés autour d'une vessie gonflable qui est ensuite placée à l'intérieur d'un moule fermé. La vessie est ensuite gonflée en poussant les couches de préimprégné vers l'extérieur contre l'intérieur de la cavité du moule. Après durcissement à la chaleur, la pièce façonnée est retirée du moule. Dans certains cas, la vessie est retirée de l'intérieur de la pièce moulée, dans d'autres cas, elle peut être laissée en place.

Laminage de tubes

Le laminage de tubes est un processus adapté aux structures de tubes creux ou aux tiges avec seulement une conicité mineure dans la géométrie (par exemple, une canne à pêche). Des plis préimprégnés de tissu ou de ruban unidirectionnel sont enroulés autour d'un mandrin. Les modèles de préimprégnés peuvent être coupés pour obtenir un programme de superposition de plis souhaité. Le procédé de laminage sur mandrin compacte et dégonfle les nappes de fibres couche par couche appliquée. Souvent, le mandrin recouvert de préimprégné est recouvert d'un ruban rétractable à revêtement anti-adhésif spécialisé. Chauffé dans un four, le ruban rétractable applique une force de compactage uniforme consolidant les nappes de fibres. Lors du durcissement, le ruban rétractable est retiré avec seulement un léger marquage de surface.

Moulage par injection

Le moulage par injection est une opération de formage de plastique populaire utilisée dans l'industrie des plastiques, adaptée aux polymères thermodurcissables et thermoplastiques. Le polymère liquide est poussé sous pression dans une cavité de moule fermée de la forme de pièce souhaitée sur laquelle il se solidifie. Ce processus peut être utilisé pour les polymères renforcés de fibres courtes à condition que le polymère liquide très visqueux puisse être injecté dans la cavité et la remplir. Ce processus d'injection de fibres courtes est plus difficile qu'avec un polymère non renforcé, car le polymère viscosité augmente avec l'addition des fibres courtes. Plus la teneur en fibres est élevée, plus l'augmentation de la viscosité du mélange mixte polymère/fibres est importante.

Webinaires de l'événement KPC AIM

Pour en savoir plus sur les processus de fabrication composites à partir de l'un de nos enregistrements d'événements de webinaires KPC passés :

• Cliquez ici pour voir l'événement KPC AIM : Webinaire sur l'ingénierie des matériaux composites, session 5 - Processus de fabrication - Introduction
• Cliquez ici pour voir l'événement KPC AIM : Webinaire sur l'ingénierie des matériaux composites, session 6 - Processus de fabrication - Traitement des préimprégnés
• Cliquez ici pour voir l'événement KPC AIM : Webinaire sur l'ingénierie des matériaux composites, session 7 - Processus de fabrication - Moulage de composites liquides

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À propos	Aide

Matériaux d'ingénierie (conçus pour avoir des propriétés spécifiques) fabriqués à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs ayant des propriétés physiques ou chimiques différentes. Les constituants restent séparés et distincts au niveau macroscopique au sein de la structure finie.

Pour les composites à matrice polymère (PMC), la résine fait référence à la matrice ; la phase matérielle continue qui lie le renfort ensemble, maintient la forme et transfère la charge. Les résines sont divisées en deux groupes principaux : les thermodurcissables et les thermoplastiques.

La phase continue du matériau qui lie le renfort ensemble, maintient sa forme, transfère la charge, protège le renfort de l'environnement et des dommages, et fournit le support composite en compression.

Caractéristiques souhaitables :

• Résistance à l'humidité/aux produits chimiques
• Faible densité
• Processabilité

Le matériau pré-imprégné (prepreg) fait référence à une fibre déjà combinée à de la résine. C'est la forme de matériau la plus couramment utilisée dans l'aérospatiale.

Pendant la production du préimprégné (par exemple, les fibres sont passées dans un bain de résine), le préimprégné est chauffé et partiellement durci au stade B (< 5 % de degré de durcissement). Les préimprégnés thermodurcissables (par exemple les préimprégnés époxy) doivent être conservés au congélateur à environ -20 °C. À température ambiante, l'époxy commence à durcir.

« Préforme » est le terme désignant le renforcement en fibres. C'est l'étape entre la forme de la matière première après sa transformation en architecture (tissu, tapis, etc.) et sa transformation en composite.

Les thermodurcissables sont une classe de polymères qui subissent une polymérisation et une réticulation pendant le durcissement à l'aide d'un agent durcissant et d'un chauffage ou d'un promoteur. Au départ, ils se comportent comme un fluide visqueux. Pendant le durcissement, ils passent d'un fluide visqueux à un gel caoutchouteux (matériau viscoélastique) et enfin à un solide vitreux.

S'ils sont chauffés après durcissement, ils deviennent initialement mous et caoutchouteux à des températures élevées. S'ils sont davantage chauffés, ils ne fondent pas mais se décomposent (brûlent)

Livré en deux parties : partie A (résine) et partie B (durcisseur). Lorsqu'il est mélangé, la réaction de durcissement commence et n'est pas réversible.

Les exemples incluent l'époxy ou le polyester.

Une classe de polymères, dont certains exemples courants incluent le polypropylène et le polyéthylène.

Ils ramollissent et fondent au chauffage (c'est-à-dire potentiellement recyclables), viscosité élevée à la fusion, donc fibres difficiles à saturer. Nécessite généralement beaucoup de pression et de chaleur pour être traité.

Le moulage par transfert de résine (RTM) consiste à charger une préforme dans un outil assorti en deux pièces (ou plus), à le fermer et à injecter de la résine sous pression (~ 15-100 psi, ou ~ 1-7 bar).

Bien adapté aux pièces de petite à moyenne taille, limité aux grandes tailles en raison des charges de pression d'injection et du coût de l'outil.

Infusion de résine assistée sous vide (VARI) - également connue sous le nom de moulage par transfert de résine assisté sous vide (VARTM), procédé d'infusion sous vide (VIP) ou souvent simplement infusion de résine. VARI est un processus de moulage fermé de composite liquide (LCM) avec un seul outil latéral et un sac sous vide où la résine est aspirée à travers la préforme à l'aide du vide.

Moulage par transfert de résine assisté sous vide (VARTM) - également connu sous le nom d'infusion de résine assistée sous vide (VARI), procédé d'infusion sous vide (VIP) ou souvent simplement infusion de résine. Le VARTM est un processus de moulage fermé de composite liquide (LCM) avec un seul outil latéral et un sac sous vide où la résine est aspirée à travers la préforme à l'aide du vide.

Dans le traitement des composites, la viscosité est un indicateur de la facilité avec laquelle la matrice de résine se mélangera avec le renfort et de la façon dont elle restera en place pendant le traitement. Plus la viscosité est faible, plus la résine s'écoule facilement. La viscosité de la résine varie considérablement selon les chimies et les formulations.

Par définition scientifique, la viscosité est une mesure de la résistance d'un matériau à la déformation. Pour les liquides, c'est en réponse à des contraintes de cisaillement imposées.