Page 1 Les procédés de mise en œuvre des matériaux composites

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Jeannine Champagne
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1 Page 1 Les procédés de mise en œuvre des matériaux composites Lundi 16 février 2015, Université de Haute Alsace

2 Page 2 Les procédés de mise en œuvre des matériaux composites : Sommaire T-RTM réactif (Thermoplastic-Resin Transfert Molding) 1. Principe de la technologie 2. Les avantages 3. Marchés concernés 4. Exemples de réalisations 5. Les verrous 6. Les solutions 7. Résultats obtenus 8. Résultats attendus

3 Page 3 1. Principe de la technologie

4 Page 4 2. Les avantages Une grande capacité d imprégnation des renforts fibreux due à la très haute fluidité du mélange réactionnel Source : Vaccum infused thermoplastic composites for wind turbine blades H.E.H. Bersee, 2008

5 Page 5 2. Les avantages Un mélange réactionnel économiquement compétitif ε-caprolactame + catalyseurs/activateurs Polyamide 6

6 Page 6 2. Les avantages Un mélange réactionnel économiquement compétitif Polyamide 6 + Injection (moule acier)

7 Page 7 2. Les avantages Un mélange réactionnel économiquement compétitif ε-caprolactame + catalyseurs/activateurs Injection/extrusion réactive, RIM PA 6 G

8 Page 8 2. Les avantages Un mélange réactionnel économiquement compétitif T-RTM réactif ε-caprolactame + catalyseurs/activateurs + (moule aluminium ou silicone)

9 Page 9 3. Marchés concernés Pièces structurelles de géométrie simple Premières cibles : machines, engins mobiles et biens d équipements À plus long terme : Automobile Pièces semistructurelles de géométrie complexe, avec intégration de fonctions

10 Page Exemples de réalisations Nœud de liaison PA 6 renforcé à 35% vol. en fibre de verre continue Joncs PA-6 renforcé à 35-50% vol. FV UD Tenon en PA-6 renforcé à 35% vol. en fibre de verre continue + insert métallique

11 Page Les verrous Maîtrise du procédé (manque de compréhension fine des mécanismes de polymérisation au contact du renfort) Absence de modélisation Choix limité des renforts

12 Page Les solutions ECOTREC Elaboration de COmposites Thermoplastiques à REnfort Continu Nos Partenaires Nos financeurs

13 Page Les solutions ECOTREC Elaboration de COmposites Thermoplastiques à REnfort Continu Objectifs Faire émerger une solution matériau/procédé robuste Modéliser le procédé T-RTM réactif Réaliser des pièces techniques massives à un coût maîtrisé Intégrer un renfort biosourcé compatible avec le procédé Eprouver la recyclabilité du matériau

14 Page Résultats obtenus 200 Etude thermique du mélange réactionnel 180 T = 18 C Température [ C] Température bain = 170 C temps [s] Exemple de mesure réalisée Développement d un réacteur spécifique

15 Page Résultats obtenus Modélisation de l exothermie de la réaction au cours du temps (résine seule) T mélange réactionnel : 90 C T paroi moule : 180 C

16 Page Résultats obtenus Modélisation de l exothermie de la réaction au cours du temps (résine seule) T mélange réactionnel : 90 C T paroi moule : 180 C Représentation 2D (50mmx100mm)

17 Page Résultats obtenus Modélisation de l exothermie de la réaction au cours du temps (résine seule) T mélange réactionnel : 90 C T paroi moule : 180 C Représentation 2D (50mmx100mm)

18 Page Résultats obtenus Modélisation de l exothermie de la réaction au cours du temps (résine seule) T mélange réactionnel : 90 C T paroi moule : 180 C Représentation 2D (50mmx100mm)

19 Page Résultats obtenus Comparaison simulation thermique/mesures expérimentales (résine seule) T = 18 C Mesures sur moule instrumenté Simulation thermique

20 Page Résultats obtenus Etude du comportement rhéocinétique du mélange réactionnel 100 s Courbes décrivant l évolution temporelle de la viscosité à différentes températures Viscosity [Pa.s] T = 140 C T = 150 C T = 160 C T = 170 C Description des courbes par une loi detype: η(t) = η 0 exp(kt) time [s] Obtention des lois d écoulement du système à différentes températures de polymérisation

21 Page Résultats attendus Intégration des paramètres expérimentaux au modèle Transfert de chaleur : Loi de Fourier dynamique Simulation complète du procédé densité [kg/m 3 ] Chaleur spécifique [J/kg -1 /K -1 ] Conductivité thermique [W/m -1 /K -1 ] Exothermie par unité de volume [W/m 3 ] Propriétés thermo-physiques : Densité : Chaleur spécifique : (C P ) r (T, β) = (C P ) CPL (T) (1 β)+ (C P ) APA 6 β Conductivité thermique : k r (T, β) = k CPL (T) (1 β)+ k APA 6 β Exothermie :

22 Page Résultats attendus Intégration de la fibre de rayonne au procédé T-RTM réactif Thèse en cours Compatibilisation de la rayonne/mélange réactionnel Optimisation de l interface rayonne/pa 6 Caractérisation physico-chimique et mécanique du composite Recyclabilité + ε-caprolactame + catalyseurs/activateurs Rayonne

23 Page 23 Les procédés de mise en œuvre des matériaux composites : Merci pour votre attention Contact : Frédéric Ruch (fr@cetim-cermat.fr/ )

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