Contribution à l'étude des variabilités des propriétés des stratifiés fabriqués par infusion de résine liquide

Contribution of the study of variability of infused laminates properties made by liquid resin infusion

• Auteur / Autrice : Alvine Njionhou Kepnang
• Direction : Bruno Castanié, Florentin Berthet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résines époxydes

Stratifiés

Mots clés libres

Infusion de résine liquide

Plan d'expériences

Tissus NCF

Propriétés mécaniques

Impact

Compression après impact

Porosités

Résumé

L'intérêt croissant du développement des procédés hors-autoclave et à bas coût dans l'industrie aéronautique conduit à s'interroger sur les liens possibles entre les paramètres de ces nouveaux procédés et les propriétés mécaniques des pièces composites obtenues. Dans cette étude, la méthode des plans d'expériences par les tables de Taguchi est utilisée pour établir les relations éventuelles entre les paramètres procédés de fabrication par infusion de résine liquide et les résistances à rupture en traction, compression, cisaillement inter laminaire ainsi que le comportement à l'impact et en compression après impact des stratifiés infusés. Les stratifiés sont fabriqués à l'aide de quadri-axiaux NCF cousus ou non-cousus infusés de résine époxy de type RTM 6. Les propriétés morphologiques de ces stratifiés tels que les taux volumiques de fibres et de porosités, la température de transition vitreuse et l'épaisseur de la structure ont aussi fait l'objet d'une recherche des liens possibles avec ces paramètres. Huit paramètres procédés (nombre de couches de NCF, couture, nombre de tissu drainant, côté de la plaque pendant l'infusion, niveau de vide, température d'injection, température du moule, température de cuisson) et une interaction entre le nombre de couches de NCF et de tissu drainant ont été identifiés à la suite d'une étude bibliographique. Une analyse statistique par une méthode de régression multilinéaire a été faite sur les propriétés des stratifiés infusés non-cousus, puis cousus pour trouver les influences des différents paramètres sur chaque propriété. La couture a un effet bénéfique sur la résistance en compression pure et en compression après impact. Elle contribue aussi à l'augmentation de la résistance au cisaillement interlaminaire et à la réduction de la propagation des dommages à l'intérieur du matériau. Cette analyse a été complétée par des observations microscopiques pour détecter les présences, tailles, positions, et quantités de porosités résiduelles et les modes d'endommagement dus à l'impact. Les taux de porosités obtenus globalement faibles (inférieur à 1%) avec des taux de fibres élevés (supérieur à 60%) dans ces stratifiés infusés permettraient a priori l'utilisation de ce procédé pour des pièces aéronautiques. Il a été noté que la présence de macros porosités contribue à la réduction des résistances à rupture des stratifiés infusés. Ces défauts sont a priori aussi à l'origine d'une augmentation de l'indentation résiduelle. Ce lien établi par la méthode des plans d'expérience semble confirmer un scénario de blocage de débris pour expliquer la création de cette indentation.

The aeronautical sector is now very interested by the development of out-of-autoclave processes and low cost structures. The question is to find the possible links between the parameters of these new processes and mechanical properties of composite parts obtained. In this study, experimental plan method by Taguchi tables is used to establish the possible relationships between the process parameters of liquid resin infusion and the ultimate tensile strengths, ultimate compressive strengths and interlaminar shear strengths, and also the properties in impact and compression after impact of infused laminates. Laminates are infused using the quadriaxial Non-Crimp-Fabrics (NCF) stitched and unstitched with epoxy resin RTM 6. The possible links with the process parameters and morphological properties of these laminates such as fiber volume fraction, void contents, glass transition temperature and thickness of the structure have also been investigated. Eight process parameters (number of NCF layers, stitching, number of High Porous Media (HPM) layers, plate side during the infusion, vacuum level, injection temperature, mould temperature, curing temperature) and an interaction between the number of NCF layers and HPM layers have been identified by literature review. Statistical analysis using multilinear regression method was performed on the properties of infused laminates stitched and unstitched to find influence of parameters on each property. Stitching has a good effect on ultimate compressive strength and compression after impact strength. It contributes also to increase interlaminar shear strength and to reduce damage propagation inside material. Microscopic observations were done to complete and improve the comprehension of statistical analysis results. They allowed detecting presences, sizes, localisations, and number of residual voids inside laminates. Different damages modes caused by impact were also observed. Voids content obtained in infused laminates made is generally lower (less than 1%) with higher fiber volume fraction (greater than 60%). These results allow using this process for aircraft parts. The presence of macro voids goes to the reduction of ultimate strengths of infused laminates. These defects cause increase of residual indentation. The link established by experimental plan method seems to ensure the explication about the creation of the blocking debris of this indentation.