Εtude expérimentale des mécanismes d’imprégnatiοn d’une mèche de carbοne par une suspensiοn aqueuse de pοlymère thermοplastique : Αpplicatiοn à l’élabοratiοn de rubans préimprégnés

Experimental study of the impregnation mechanisms of a carbon tow by an aqueous suspension of thermoplastic polymer : Application to elaboration of prepreg tapes

• Auteur / Autrice : Paul Cazaumayou
• Direction : Joël Bréard, Moussa Gomina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 23/06/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Anne Bergeret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Comas-Cardona
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gérard Bernhart, Xavier Legrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Préimprégnés

Thermoplastiques

Polymères

Suspensions (chimie)

Fibres de carbone

Imprégnation de poudres

Mots clés libres

Imprégnation

Fibres de carbone

Suspension aqueuse

Polymère thermoplastique

Ruban préimprégné

Slurry impregnation

Carbon fibers

Aqueous suspension

Thermoplastic polymer

Tape

Résumé

Le procédé d’imprégnation par une suspension aqueuse consiste à élaborer des rubans (ou mèches) de fibres préimprégnés C-PEKK à partir d’une suspension aqueuse de polymère. Les procédés d’élaboration des semi-produits sont complexes et sensibles aux variations de plusieurs paramètres. Très peu d’informations sont disponibles dans la littérature sur les mécanismes d’élaboration des rubans préimprégnés thermoplastiques. La compréhension et la modélisation de ces mécanismes d’imprégnation par des poudres polymères dans un milieu fibreux représentent des verrous majeurs à l’optimisation de semi-produits à microstructure contrôlée. Ce travail de thèse vise à améliorer la compréhension des mécanismes d’imprégnation et à optimiser ce procédé de fabrication de semi-produits thermoplastiques.Un banc instrumenté a ainsi été conçu et développé en s’appuyant sur le savoir-faire développé à l’IRT SE sur ce type de procédé d’imprégnation. Une première étude a permis d’analyser la microstructure d’une mèche soumise à une traction uniaxe au moyen d’un outil d’analyse image quantitative. Les résultats obtenus sur le banc d’imprégnation instrumenté ont confirmé un processus de filtration tangentielle lors de l’imprégnation de la mèche. Une étude paramétrique a ensuite permis de quantifier l’influence de chaque paramètre sur le taux d’emport de particules par la mèche et sur la répartition entre le dépôt et le perméat. Cette analyse permettra de proposer une fenêtre de processabilité

Slurry impregnation processing consists in developing unidirectional C-PEKK tapes from an aqueous suspension of polymer. The prepreg manufacturing processes are complex and sensitive to the variations of several parameters. Very little information on the processing mechanisms of thermoplastic prepregs is available in the literature. Understanding and modeling the mechanisms of impregnation of fibrous media by polymer powder represent major obstacles to the optimization of semi-products with controlled microstructure. The aim of this thesis is to improve the understanding of the impregnation mechanisms and to optimize this prepregs manufacturing process. An instrumented bench was designed thanks to IRT‘S expertise and knowledge of similar processes. In a first study, the microstructure of a tow understanding uniaxial traction was analyzed by quantitative image analysis. The results from the instrumented bench confirmed the existence of a crossflow filtration process during the impregnation of the tow. A parametric study was finally performed in order to quantify the influence of each parameter on polymer rate and distribution between permeate and suspended particles deposit to form a cake layer. This analysis will allow to propose a process window