C-Ply (Trademark) NCF Carbone extra fin : Etude du procédé de fabrication et optimisation du renfort

C-Ply (Trademark) Ultra light CarbonNCF : Study of the manufacturing process and textile reinforcement optimization

• Auteur / Autrice : Vicky Singery
• Direction : Jean-Yves Dréan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 03/02/2016
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et mécanique textiles (Mulhouse) - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fibres de carbone

Tissage

Avions -- Propulsion par réaction

Industrie aéronautique

Mots clés libres

C-Ply (TM)

Tissu non élastique

Pli fin

Fibre de carbone

Etalement

Couture

Déformabilité

Plan d'expérience

Non Crimp fabric

Thin layer

Carbon fiber

Spreading

Sewing

Deformability

Experimental design

Résumé

L’industrie aéronautique travaille sur l’amélioration des systèmes propulsifs parl’introduction de composites dans la fabrication des aubes de soufflante afin d’alléger lastructure et ainsi de réduire la consommation en carburant des avions. Ces pièces réaliséesen tissage 3D présentent généralement des irrégularités de surface. Une manière d’optimisercet aspect est d’ajouter un pli additionnel de surface : nos travaux de thèse portent sur ledéveloppement de ce pli sous la forme d’un renfort « Non Crimp Fabric » (NCF) biaxial extrafinen fibre de carbone de module intermédiaire (IM), inférieur à 100 g/m², régulier et ayant unebonne déformabilité. Lors de nos travaux de thèse, nous avons utilisé la méthode des plans d’expériencepour améliorer la technologie d’étalement afin de répondre aux exigences demandées. Nousavons pu définir la configuration optimale d’étalement permettant d’atteindre la cible d’un pliinférieur à 50 g/m² en fibre de carbone IM. Pour réaliser un NCF extra-fin, après étalement,les plis sont assemblés par couture afin d’assurer la tenue du renfort. La combinaison decouture choisie (armure, tension, longueur, jauge …) conditionne l’aspect du NCF et sacapacité à être manipulée et déformée. Nous avons donc optimisé les paramètres de coutureafin d’obtenir les propriétés souhaitées. Après avoir optimisé l’étalement des fibres et l’assemblage des plis, nous avons réalisé et caractérisé les renforts NCF extra-fins pour valider leurs propriétés. Nous sommesfinalement parvenus à mettre au point un renfort NCF en fibre de carbone IM, inférieur à50 g/m² par pli ayant un taux de couverture supérieur à 98 % et une bonne capacité à sedéformer.

Aircraft manufacturers are working on the improvement of their engines bymanufacturing fan blades with advanced composite materials to reduce fuel consumption.However, fan blades are made from 3D woven fabrics which often have surface irregularities.It can be minimized by an additional thin layer on the surface : our thesis work is focused onthe development of a new textile structure based on ultra-thin biaxial “Non Crimp Fabric” (NCF)technology. This spread NCF made from intermediate modulus (IM) carbon fibers must belighter than 100 gsm, regular and deformable.During our thesis work, we used Design of Experiments (DOE) methodology to improvethe spreading technology used by Chomarat to make ultra-light NCF materials and meet theestablished requirements. We were able to reach the ultra-thin ply target of less than 50 gsmper ply. After optimizing the spreading process these thin ply tapes are stitched together tocreate NCF. Stability, visual aspect, handling and deformability are dependent on the stitchingsettings (stitching pattern, tension, length, gauge, etc.). Therefore we optimized the stitchingparameters to get the desired properties.After the spreading and stitching process had been optimized, the NCF weremanufactured and tested to validate the desired properties had been achieved. The testingconfirmed that we were able to develop a new carbon fiber NCF that was less than 50 gsm perply, had a coverage rate of higher than 98 % and had good deformability characteristics.