Modélisation de la phase de fusion/imprégnation dans le procédé de fabrication de tape composite thermoplastique

Modeling of melting and impregnation phenomena in the thermoplastic composite tape manufacturing process

• Auteur / Autrice : Jennifer Mackie
• Direction : Fabrice Schmidt, Olivier De Almeida
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 12/03/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader-Albi (2009-....) - Institut Clément Ader / ICA
• Jury : Président / Présidente : Denis Maillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Schmidt, Olivier De Almeida, Steven Le Corre, Emmanuelle Vidal-Sallé, Mylène Deléglise-Lagardère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Steven Le Corre, Emmanuelle Vidal-Sallé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Thermoplastiques

Préimprégnés

Transfert radiatif

Transfert de chaleur

Mots clés libres

Transferts de chaleur

Transferts radiatifs

Modélisation

Thermoplastique

Composite

Heat transfer

Radiative heat transfer

Modeling

Thermoplastic

Composite

Résumé

Cette thèse a pour but de développer la modélisation et la simulation des opérations de chauffage dans le procédé de fabrication de pré-imprégnés en voie aqueuse. Dans la première partie du manuscrit, l’étude du four IR est menée. Une campagne expérimentale a été menée afin de comprendre le fonctionnement du four IR et l’influence des paramètres procédé sur son fonctionnement. Ensuite, la source de rayonnement du four : des lampes IR dotées d’un réflecteur céramique, a été étudiée et modélisée en utilisant une approche d’identification inverse. A l’aide de ces résultats une modélisation plus complète du four IR a pu être établie et les résultats numériques confrontés aux essais expérimentaux effectués dans le premier chapitre. Dans la seconde partie du manuscrit, l’étude du pré-imprégné au cours du chauffage a été menée. Une campagne expérimentale a permis d’obtenir des données expérimentales concernant les paramètres procédés de fabrication et la température du produit au cours du chauffage. La caractérisation des propriétés optiques des matériaux, le calcul de la vitesse de chauffage et l’observation de la microstructure ont été réalisés. Ensuite les propriétés thermo-physiques ont été modélisées à partir des observations expérimentales. Enfin, l’ensemble des informations obtenues ont permis d’établir un modèle préliminaire du chauffage du pré-imprégné.

The aim of this thesis is to develop the modelling and simulation of heating operations in the manufacturing process of prepregs using slurry impregnation. In the first part of the manuscript, the study of the IR oven is carried out. An experimental campaign was conducted in order to understand the operation of the IR oven and the influence of process parameters on its functioning. Then the ovens radiation source: IR lamps equipped with a ceramic reflector was studied and modelled using an inverse identification approach. Using these results, a more complete modelling of the IR oven could be established and the numerical results compared with the experimental tests carried out in the first chapter. In the second part of the manuscript, the study of the prepreg during heating was carried out. An experimental campaign was used to obtain experimental data concerning the manufacturing process parameters and the temperature of the product during heating. The characterization of the optical properties of the material, the calculation of the heating rate and the observation of the microstructure were carried out. Then the thermo-physical properties were modelled from the experimental observations. Finally, all of the information obtained made it possible to establish a preliminary model of the heating of the prepreg.