Etude des contraintes résiduelles de cuisson dans les stratifiés carbone-époxy en relation avec les cycles de polymérisation

Study of residual curing stresses in carbon/epoxy laminates in connection with cure cycles

• Auteur / Autrice : Philippe Olivier
• Direction : J.-P. COTTU
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 1994
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone -- Composés

Composés

Époxydes

Contraintes résiduelles

Propriétés mécaniques

Stratifiés

Polymérisation

Résumé

Nous avons developpe une demarche d'optimisation des cycles de polymerisation en vue de la reduction des contraintes residuelles de cuisson dans les stratifies composites. La procedure d'optimisation resulte en un diagramme tridimensionnel qui permet la determination de conditions de temperature apportant un minimum de contraintes residuelles de cuisson, tout en respectant un taux de reticulation predetermine de la matrice du stratifie. Ce diagramme a ete construit a partir de modeles de cinetique de reaction et d'un ensemble d'analyses thermomecaniques. En particulier, les contraintes residuelles de cuisson ont ete calculees a l'aide d'une forme modifiee de la theorie classique des stratifies, dans laquelle les caracteristiques du materiau dependent a la fois de la temperature, du temps et du taux de reticulation. Les resultats de la demarche d'optimisation permettent de montrer clairement que les conditions de temperature, des cycles de polymerisation, peuvent etre definies de facon a minimiser les contraintes residuelles de cuisson, tout en maintenant constant le taux de reticulation et en respectant un critere d'ordre economique. Une serie de verifications experimentales nous a permis de valider avec succes la demarche d'optimisation. Il est possible d'obtenir une reduction efficace du niveau des contraintes residuelles de cuisson par le seul choix de conditions de temperature optimales et ce, sans aucun traitement posterieur a la cuisson du stratifie. L'optimisation des cycles de cuisson a egalement ete etendue au cas de la fabrication simultanee de deux materiaux composites differents. Nous avons aussi observe le developpement des contraintes residuelles de cuisson, in situ, pendant les cycles de polymerisation et montre que ces dernieres apparaissaient avant meme le debut du refroidissement. En dernier lieu, nous avons realise une etude d'optimisation des conditions de pression avec pour objectif l'elimination des porosites. Cette etude a notamment permis de mettre en evidence une nette influence des porosites sur les caracteristiques mecaniques des stratifies, ainsi que sur les contraintes residuelles de cuisson dont le niveau decroit avec l'augmentation du taux de porosites