Dégroupage - P167

 

Débulking
Document de pratique
Type de document	Pratiques
Identificateur de document	167
Thèmes	Gestion du dépôt et de la consolidation des matériaux
Tags	Bagging Débulking Défauts Déposition Flux du gaz Prepreg Consolidation Application sous vide Marche à suivre Effets de l'humidité
Pré-requis :	Prepreg Connaissance des systèmes

Introduction

Le débulking, qui consiste à maintenir un lay-up non durci sous vide pendant un certain temps, est une pratique courante. pratique pour pierre composite pièces fabriquées à partir de préimprégné. Le stratifié est généralement dégonflé toutes les 3 à 5 couches pendant 5 à 15 minutes en fonction de la complexité de la forme. Le but est de consolider le stratifié et d'éliminer l'air emprisonné entre le préimprégné plis tout en conformant/consolidant les plis à l’outil. Le dégrossissement peut également être effectué à des températures élevées pour ramollir le résine pour une meilleure consolidation. Le dégonflage peut éliminer une partie de l'humidité dissoute dans la résine, ce qui entraîne moins de bulles et de porosité dans la pièce finale.. Le terme « réduction de volume » est également parfois utilisé avec moulage composite liquide où les renforts secs sont compactés avant matrice déposition.

Importance

Le dégonflage peut éliminer l'air, l'humidité et les substances volatiles du stratifié, ce qui est essentiel pour gérer le niveau de porosité dans la pièce finale. Les poches d'air, l'évaporation de l'humidité et le dégazage des substances volatiles peuvent agir comme des facteurs de nucléation favorisant le développement de la porosité pendant le durcissement. La réduction du volume aide également à consolider les plis sur l'outil, ce qui peut entraîner moins de plis et/ou d'ondulations dans la pièce finale. Le dégrossissement est particulièrement important pour les pièces fabriquées à partir de matériaux préimprégnés hors autoclave (OOA). Les pièces OOA sont plus sensibles à la porosité car le vide est uniquement la source de pression de compactage/consolidation.

Domaine

Cette page explique comment la réduction du volume élimine l'air et l'humidité du stratifié composite avant la transformation thermique. Des mécanismes tels que la diffusion et la sorption lors de la réduction de volume sont décrits. Différents paramètres pouvant affecter l'efficacité de la réduction, tels que le temps, la température, la taille et la complexité des pièces, sont expliqués. La réduction de volume a des implications différentes lorsqu'elle est utilisée dans le moulage de composites liquides par rapport au préimprégné. Une section est dédiée aux processus spécifiques et à leurs implications. Les équipements utilisés pour le dégroupage sont également mentionnés.

Comment fonctionne la réduction

Une configuration de réduction de volume à température ambiante est similaire à celle de l'agencement d'ensachage sous vide utilisé pendant le processus de durcissement. Un sac sous vide recouvrant la pièce est relié à une source de vide. Des plis pelables et un tissu respirant sont utilisés pour fournir un passage d'air et de substances volatiles sur toute la surface de la pièce, permettant une pression de vide uniforme. Lorsque le vide est appliqué, il existe un gradient de pression entre le gaz qui se trouvait initialement dans le stratifié et la pression réduite du gaz provenant de la source de vide qui entraîne l'évacuation du gaz.

Plus tard dans le processus de réduction de volume, lorsque la majeure partie de l'air a été éliminée, la pression réduite du gaz entourant les gouttelettes de résine favorise également la désorption des substances volatiles contenues dans la résine. Les substances volatiles peuvent être de l'air, de l'humidité et d'autres composés chimiques de faible poids moléculaire dissous dans la résine dans le cadre de la formulation de la résine. (Voir dégazage pour en savoir plus sur les mécanismes de désorption dans la résine liquide.) Avant l'application du vide, la teneur en humidité de la résine et le gaz qui l'entoure sont en équilibre. Lorsque le vide est appliqué, la pression réduite du gaz réduit la concentration d’humidité entourant la résine. La différence de concentration d'humidité (c'est-à-dire le gradient de concentration) aide à chasser l'humidité de la résine. La quantité d'humidité extraite par la réduction dépend de la pression du vide, de la température de réduction, de la forme, de la taille et de la durée de la pièce. En général:

• De meilleurs niveaux de vide facilitent une plus grande extraction de l’humidité. Il n'est pas rare de voir des zones plus proches du port de vide avec une teneur en humidité plus faible que des zones éloignées du port.
• Une température élevée facilite une extraction plus importante de l'humidité étant donné que la température n'est pas suffisamment élevée pour faire progresser la résine et le durcissement de la résine. viscosité pour augmenter. Voir les remarques sur la réduction à chaud ci-dessous
• Plus la forme de la pièce est complexe et plus sa taille est grande, plus l'extraction de l'humidité prend du temps.
• Plus la réduction du volume dure longtemps, plus la teneur en humidité peut être extraite. Le taux d’extraction de l’humidité ralentira à mesure que la réduction du volume se poursuivra.

Les paramètres mentionnés ci-dessus s'appliquent également à l'élimination de l'air. En d’autres termes, l’efficacité globale de la réduction augmente avec un meilleur niveau de vide, une température plus élevée (dans une certaine mesure), une taille de pièce plus petite et un temps de réduction plus long. Un dégroupage prolongé peut augmenter considérablement les coûts du processus de fabrication. Sans parler du fait que les fuites de vide se produisent souvent. Par conséquent, l’extraction complète de l’humidité pendant la réduction du volume n’est pas pratique. En d’autres termes, il restera toujours de l’humidité dans le stratifié pendant le durcissement ultérieur.

En plus d'éliminer les matières volatiles du stratifié, le dégonflage joue un rôle majeur dans la consolidation du lit de fibres sur l'outil de telle sorte qu'il prenne la forme de l'outil. Cela réduit la hauteur qui pourrait ultérieurement se manifester par des rides ou des ondulations lorsque le stratifié est placé sous un sac sous vide pour durcir. Ceci est généralement dû à un décalage de déplacement entre une pile de plis lorsqu'ils traversent un rayon : les plis à l'intérieur ont une distance plus courte à parcourir, tandis que les plis plus à l'extérieur ont une distance plus longue. Le dégonflage consolide les plis, supprime le « volume » ou la hauteur et aide à adhérer à l'outil.

Remarques sur le dégroupage à chaud

L'écoulement/l'infiltration de résine dans le lit de fibres sèches et l'avancement du durcissement de la résine sont deux préoccupations majeures lors de la réalisation d'un dégonflage à chaud. À température ambiante, même avec des temps de dégroupage extrêmement longs (de l'ordre de quelques jours), il y a généralement peu de flux de résine car les résines des préimprégnés sont conçues avec une viscosité élevée à température ambiante. La résine des préimprégnés OOA a généralement une viscosité encore plus élevée que la résine des préimprégnés durcis en autoclave à température ambiante.. Cependant, la viscosité de la résine diminue avec l'augmentation de la température. Lorsqu'un stratifié est chauffé pour un dégonflage à chaud, la résine peut potentiellement s'écouler prématurément dans le lit de fibres sèches et fermer les canaux de vide techniques, empêchant ainsi une évacuation ultérieure des gaz.

En fonction de la température de dégonflage, le degré de guérison de la résine dans le préimprégné peut potentiellement progresser. L'avancement du durcissement peut augmenter la viscosité de la résine, entraînant un comportement d'écoulement indésirable de la résine au cours du processus de durcissement ultérieur.

Si un compactage plus important est nécessaire, la réduction de volume peut être effectuée à l'aide d'un autoclave. Une pression plus élevée (jusqu'à environ 90 psi) en plus de la pression sous vide peut être appliquée au stratifié, offrant ainsi une consolidation supplémentaire pendant le chauffage. Le dégonflage en autoclave peut être utilisé lorsque le stratifié doit être aussi compact que possible avant le durcissement, comme pour certaines applications de moulage par allumettes. L’étape supplémentaire de pressurisation est généralement coûteuse et prend du temps.

Réduction du volume dans le moulage de composites liquides

L'infusion de résine à pression atmosphérique contrôlée (CAPRI) est une variante du moulage par transfert de résine sous vide (VARTM) procédé breveté par la société Boeing. CAPRI consiste à dégonfler le renfort sec avant d'infuser la résine, dans le but d'augmenter la part fraction volumique de fibres et la cohérence de l'épaisseur. Il a été démontré que le renfort sec compacté avait une épaisseur plus constante le long du trajet d'écoulement de la résine. Cependant, le renfort compacté a une valeur inférieure perméabilité ce qui peut augmenter le temps de perfusion. Une étude a également montré une augmentation significative du contenu et de la taille des vides lorsque le renfort sec est réduit avant l'infusion. On pense que l’étroitesse de la fibre rendait plus difficile la pénétration de la résine. . Pour cette raison, le processus CAPRI nécessite un vide partiel pendant le processus de perfusion. Le gradient de pression plus faible à l'entrée et à la sortie de la résine entraîne un écoulement de résine plus lent, ce qui donne plus de temps à la résine pour pénétrer à travers le renfort. Bien que CAPRI puisse produire des pièces à haute teneur en fibres fraction volumique et une meilleure consistance de l'épaisseur par rapport au conventionnel VARTM, l'étape de réduction supplémentaire et la vitesse d'infusion de résine plus lente requises peuvent augmenter le temps de production.

Équipement pour le dégroupage

• Pompe à vide
• Four
• Autoclave

Maturité

La réduction de volume est une pratique très courante, les connaissances sont donc matures. Les connaissances scientifiques sous-jacentes concernant les mécanismes de transport des gaz, l’écoulement de la résine et le compactage des lits de fibres sont bien établies. Les modèles existants peuvent prédire l’échelle de temps de réduction et la quantité d’humidité extraite. Les conséquences de ce qui se passe lors de la réduction du volume lors du durcissement ultérieur et résultats de fabrication sont également bien compris.

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Références

À propos	Aide

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.

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

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.

Le degré de durcissement (DOC) est une indication de l'avancement de la réaction de durcissement chimique (processus de réticulation) dans une résine thermodurcissable.

DOC est défini par un nombre entre 0 et 1 (ou 0% et 100%) où 100% est une résine entièrement durcie. Il n'est pas nécessaire qu'il atteigne 100 % à fond pour que la résine devienne solide ou la pièce à utiliser. Dans certaines applications aérospatiales, les résines ne sont durcies qu'à environ 90 %. Plus le degré de durcissement est élevé, plus les propriétés mécaniques sont élevées.

La perméabilité fait référence à la résistance à l'écoulement d'un fluide à travers un matériau poreux.

• Flux de résine à travers la fibre
• Flux de gaz à travers le préimprégné

Fraction volumique de la matrice ou des fibres par rapport au volume total du composite (matrice + fibre).

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.

Les résultats représentent la gamme de réponse/sensibilité aux attributs du système d'usine. Ceux qui ne satisfont pas aux exigences de fabrication sont appelés défauts. Des exemples de résultats de fabrication comprennent les résultats de paramètres de processus, les résultats de structure matérielle et les résultats de performance matérielle.