Contribution à la compréhension de la formation de défauts d’élaboration par RTM d’un composite stratifié Carbone/Epoxy – Influences sur le comportement hygrothermique et abattement des propriétés thermomécaniques

Understanding defects formation by RTM processing of Carbon/Epoxy fabric laminates – Effects on the hygrothermal behavior and the reduction of the thermomechanical properties

• Auteur / Autrice : Sébastien Arnaud
• Direction : Moussa Gomina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle par émission acoustique

Flambage (mécanique)

Cisaillement (mécanique)

Tomographie

Ultrasons

Porosité

Composites polymères

Résumé

Ce travail est une contribution à la compréhension de la formation de défauts d’élaboration spécifiques au procédé RTM et à l’évaluation de leur influence sur la tenue thermomécanique d’un composite stratifié [0°;90°]6 comprenant un renfort satin 5 12K de carbone AS7 et une résine époxy RTM6. Dans un premier temps, des matériaux composites de référence (sans vides) et des composites à porosité contrôlée ont été fabriquées à l’aide d’un moule instrumenté équipé de capteurs de flux, pression et température permettant un contrôle précis du débit et de la température d’injection de la résine. Puis, des analyses par attaque acide, ultrason C-Scan et tomographie X ont été menées pour caractériser les vides en termes de taux volumique, morphologie et localisation. Par la suite, ces matériaux ont été sollicités en cisaillement interlaminaire et en flexion par flambement à l’état neuf ou après vieillissement hygrothermique. A l’état neuf, les matériaux ont été testés dans des conditions de référence (25°C, 40% HR) et à chaud (110°C, 4% HR). Les matériaux vieillis ont été testés à 25°C, 95% HR. Les abattements des propriétés mécaniques en fonction de la porosité ont été confrontés aux résultats expérimentaux et aux modèles rapportés dans la bibliographie. Les endommagements relevés in situ sur les éprouvettes de flexion par flambement, avec ou sans porosité, ont été corrélés à l’émission acoustique afin d’établir un scénario d’endommagement depuis le seuil d’amorçage jusqu’à la rupture. Ainsi donc, nous avons pu définir une corrélation entre les paramètres d’élaboration, la présence de défauts (vides intra et inter-torons) et l’abattement des propriétés thermomécaniques.

This study contributes to a better understanding of the formation of elaboration defects linked to the RTM process, and to the evaluation of their influences on the thermomechanical properties of [0°;90°]6 fabric laminates made of 12k satin 5 carbon AS7 and RTM6 resin. First, reference composites (free of voids) and controlled-porosity composites were elaborated by using a dedicated mold equipped with flow, pressure and temperature transducers allowing precise monitoring of the injection flow and temperature of the resin. Then matrix digestion, ultrasonic C-Scan and X-ray tomography were implemented to study the voids content, morphology and location. Thereafter interlaminar shear and post-buckling tests were implemented on pristine or hydrothermally aged materials. For the pristine materials, tests were implemented under reference conditions (25°C, RH 40%) and at high temperature (110°C, RH 4%) whereas hydrothermally aged materials were tested at 25°C, RH 95%. Mechanical properties reduction versus voids content was compared to experimental results and models available in the literature. Damage observed in situ on the post-buckling test samples, with or free of voids, was correlated to acoustic emission with the aim to sketch a damaging scenario from the damage initiation threshold up to fracture. Thus, we could define a correlation among the elaboration parameters, the presence of defects (intra or inter-bundle voids) and the reduction of the thermomechanical properties.