Dégazage des résines - P166

 

Dégazage de la résine
Document de pratique
Type de document	Pratiques
Identificateur de document	166
Thèmes	Gestion du dépôt et de la consolidation des matériaux
Tags	Effets de l'humidité Application sous vide Flux du gaz
Pré-requis :	Connaissance des systèmes

Introduction

Dégazage de la résine, qui consiste à retenir le liquide résine sous vide pour éliminer les substances volatiles piégées est une méthode courante pratique pour moulage composite liquideLes substances volatiles emprisonnées peuvent se transformer en bulles dans la résine pendant le traitement. L'élimination des substances volatiles conduit finalement à une réduction de la porosité de la pièce.

Importance

Le dégazage est une étape importante pour tout pierre composite processus de fabrication impliquant de la résine liquide. Par exemple, un dégazage est recommandé avant pose humide, infusion de résine, moulage par transfert de résine, moulage par injection de résine, pulvériser ou enroulement filamentaireLe dégazage de la résine est également une étape critique avant l'imprégnation préimprégné pendant préimprégné fabrication. Un dégazage efficace avant le dépôt de la résine est essentiel pour répondre aux exigences de porosité et aux spécifications de qualité.

Domaine

Un dégazage réussi implique l'utilisation du vide pour éliminer les substances volatiles, l'air emprisonné et l'humidité de la résine liquide. Il est important de différencier le dégazage débulking, ce qui implique de faire le vide sur la couche non durcie pour conformer/consolider les plis à l'outil et éliminer l'air ou les gaz emprisonnés. Le dégonflement est généralement effectué sur des renforts secs ou pré-imprégné alors que le dégazage est classiquement utilisé avec de la résine liquide.

Sur cette page, nous discuterons de la composition des composés volatils et des mécanismes permettant de les éliminer lors du dégazage (c'est-à-dire comment la résine se dégaze). Les paramètres de dégazage tels que le temps, la température et la pression hydrostatique de la résine seront abordés. L'équipement nécessaire et les pratiques courantes pour le dégazage seront également abordés.

Analyse

A quoi sert le dégazage ?

Pièces fabriquées avec moulage composite liquide (LCM) Les procédés peuvent contenir de la porosité. L'une des sources de porosité est le dégazage de la résine - des substances volatiles s'échappent de la résine et restent présentes à l'état gazeux pendant le traitement. Dans des conditions de vide, l'effet est exagéré de telle sorte qu'une petite quantité d'éléments dégazés peut entraîner une grande quantité de porosité. Le dégazage vise à éliminer ces éléments avant que la résine ne durcisse dans le but de réduire la porosité.

D'autres sources de porosité dans les pièces moulées composites liquides comprennent : les fuites d'outils/sacs, l'emprisonnement d'air au niveau de la flux avant, débit de résine inadéquat, etc., comme expliqué ici.

Quels éléments se dégazent généralement et d’où viennent-ils ?

L'air, l'humidité et les substances volatiles peuvent se dégager pendant le traitement et le durcissement.

Au cours de la vie de la résine liquide, bien que très lentement, les molécules d'air et d'eau peuvent saturer la surface de la résine, ce qui crée un gradient de concentration. Le gradient entraîne ensuite la diffusion à travers le volume de résine vers le fond du récipient. De l'air et de l'humidité peuvent également être piégés pendant le processus de fabrication de la résine et le processus de mélange.

À 100 % HR, la résine polyester peut absorber jusqu'à 0.5 % en poids à 1 % en poids d'eau. Bien que cela ne semble pas être grand-chose, dans des conditions de vide, l'eau peut se vaporiser jusqu'à atteindre environ 8 fois le volume d'eau liquide dans la résine. Les composés volatils peuvent également être des composés de faible poids moléculaire qui font partie de la formulation de la résine, tels que des solvants ou des sous-produits du durcissement de la résine.

Comment la résine dégaze-t-elle ?

La méthode courante de dégazage de la résine consiste à appliquer le vide dans un récipient hermétique contenant la résine liquide à dégazer. En général, des bulles sont observées pendant le dégazage. Si nous regardons de plus près, les bulles passent par une étape de nucléation et de croissance avant de remonter à la surface de la résine et de s'échapper de la résine.

Le deuxième mécanisme de transport de gaz est la diffusion. Tout comme le gradient de concentration, qui a poussé les molécules d'air et d'eau dans la résine, lorsque la résine est sous vide, les molécules peuvent diffuser vers l'extérieur. Cependant, l'élimination du gaz et de l'humidité par diffusion est très lente sous vide. Ce n'est pas pratique pour la production de pièces classiques. Le bullage reste donc le mécanisme principal.

Quels sont les facteurs qui influencent le taux de dégazage de la résine ?

Pour faciliter/initier la nucléation des bulles, un support poreux tel qu'un morceau de Scotch-Brite peut être placé dans la résine. La plus grande surface du support poreux fournit un substrat pour la nucléation des bulles (nucléation hétérogène) par opposition aux bulles qui se nucléent à partir du volume de résine (nucléation homogène). La nucléation homogène nécessite plus d'énergie que la nucléation hétérogène. L'utilisation d'un récipient à surface rugueuse (plastique) est plus efficace qu'un récipient à surface lisse comme le verre, pour la même raison.

La température et la pression hydrostatique de la résine sont deux paramètres importants qui peuvent affecter le taux de dégazage. Une augmentation de la température peut abaisser la résine viscosité, ce qui permet aux bulles de remonter plus rapidement à la surface. Étant donné que le taux de croissance des bulles dépend du taux de diffusion, à une température plus élevée, les molécules peuvent diffuser plus rapidement à travers la résine et former une bulle. Une température plus élevée s'accompagne d'un taux de croissance des bulles plus élevé.

Pour que les bulles se développent, la pression à l'intérieur de la bulle (pression de vapeur) doit être supérieure à la pression de la résine qui l'entoure (pression hydrostatique de la résine). Le moyen le plus simple de réduire la pression hydrostatique est d'appliquer le vide. Dans certaines situations, même avec le vide, la résine peut encore avoir des niveaux importants de pression hydrostatique. Par exemple, considérez un baril profond de résine. En raison du poids de la résine, la pression au fond du baril est considérablement plus élevée qu'à proximité de la surface, ce qui signifie que la résine au fond ne peut pas être dégazée efficacement. Ainsi, dans la mesure du possible, la résine doit être dégazée en grands volumes peu profonds.

Pour accélérer encore le processus de dégazage, il est possible d'utiliser un agitateur/mélangeur pour remuer la résine. Le mélangeur peut également amener la résine du fond du récipient à la surface où la pression hydrostatique est moindre, ce qui permet aux bulles de se former et de s'échapper plus rapidement.

Quand dégazer la résine et quand ne pas le faire ?

Lors de la fabrication de composites, le dégazage est effectué avant que la résine liquide ne soit déposée dans le moule. Les composants de la résine (partie A et partie B) peuvent être dégazés avant le mélange, après le mélange ou les deux. Le dégazage avant le mélange vise généralement à éliminer l'air, l'humidité et les substances volatiles absorbés par la résine pendant le stockage et la fabrication de la résine. Le dégazage après le mélange peut également éliminer l'air introduit pendant le mélange et les substances volatiles générées par la réaction chimique. Pendant le mélange, l'air peut être facilement mélangé à la résine qui peut ensuite servir de sites de nucléation pour la porosité et les vides. Des précautions doivent être prises lors du dégazage après le mélange pour s'assurer que la durée de vie en pot de la résine (temps de gel) est plus longue que le temps de dégazage plus le temps nécessaire au dépôt. En général, la résine est dégazée pendant 10 à 15 minutes sous vide complet, mais cela dépend des variables décrites ci-dessus.

Selon l'application, certains polymères ne bénéficient pas du dégazage (comme certains époxydes épais à deux composants, les uréthanes à deux composants, les silicones, etc.). Ces polymères ont généralement une viscosité très élevée. Bien que des bulles puissent toujours se former dans ces matériaux, elles ne peuvent pas flotter/migrer vers la surface supérieure et s'échapper. Parfois, le matériau n'aura pas suffisamment de débit pour faire s'effondrer les bulles formées par le dégazage et éventuellement piéger davantage de bulles. Dans ces cas, il est préférable de ne pas dégazer le matériau. Dans la mesure du possible, suivez les instructions du fabricant pour le dégazage et le traitement des matériaux.

Conseils pour le dégazage

• Une chambre à vide transparente peut donner un aperçu de ce qui se passe avec la résine sous vide
• Comme la résine « bout » sous vide, un grand récipient à l'intérieur de la chambre à vide peut être utilisé pour éviter le débordement de la résine. L'analogie avec le fait de verser une boisson gazeuse dans une salle de classe, où elle bouillonne et déborde, est appropriée.
• Relâchez lentement le vide une fois le dégazage terminé. Selon l'emplacement de la soupape d'admission de la chambre à vide, l'air qui y pénètre peut parfois souffler la résine dans toute la chambre à vide
• Un processus de dégazage typique se déroulerait comme suit :
  • La résine liquide (partie A, partie B ou mélangée) dans un récipient (tasse/seau) est placée dans une chambre à vide en tenant compte du débordement de résine (c'est-à-dire soit un récipient surdimensionné pour le volume de résine, soit un récipient secondaire pour récupérer le débordement)
  • Un support poreux (tampon Scotch-Brite) peut être ajouté pour favoriser la nucléation
  • La chambre à vide avec résine peut ou non être placée dans un four pour augmenter la température
  • Le vide est appliqué sur la chambre et maintenu pendant environ 10 à 15 minutes en fonction des variables décrites ci-dessus.
  • Le vide est évacué lentement de manière à ce que l'air entrant n'affecte pas négativement la résine (c'est-à-dire qu'il ne souffle pas la résine hors du récipient)
  • La résine est retirée de la chambre et traitée

Equipement de dégazage

Les équipements typiques nécessaires au dégazage sont :

• Pompe à vide
• Chambre à vide
• Chambre de dégazage spécialisée
• Four
• Support poreux (tampon Scotch-brite)

Maturité

Le dégazage est une pratique très courante, les connaissances sont donc bien établies. Les connaissances scientifiques sous-jacentes concernant les mécanismes de transport de gaz, la nucléation et la croissance des bulles et la pression hydrostatique sont bien établies.

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Références

À propos	Aide

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.

Toute activité de fabrication et/ou de prise de décision qui se produit à n'importe quelle étape du cycle de conception de développement (par exemple, de la conception à la production).

Dans le contexte des connaissances en pratique, la pratique fait référence à l'utilisation systématique des connaissances scientifiques pour réduire les risques, les coûts et le temps de développement des composites.

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.

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.

Le front d'écoulement fait référence au bord d'attaque de la résine lorsqu'elle s'écoule dans et à travers la préforme fibreuse.

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.