Optimisation des propriétés physiques d'un composite carbone époxy fabriqué par le procédé RFI

Le procédé d'infusion de film de résine (RFI) est un procédé de fabrication de matériaux composites. Surtout connu pour le peu d'investissement qu'il requiert, le procédé RFI est de plus en plus utilisé dans le milieu aéronautique. Cependant, nombre d'aspects de ce procédé sont très peu maîtrisés. En général, la qualité physique de la pièce finale dépend du procédé utilisé. Pour le cas du RFI, le contrôle des caractéristiques physiques que sont les épaisseurs,le taux de fibres et le taux de vide restent de gros enjeux. Ce mémoire présente l'optimisation des propriétés physiques d'un composite carbone époxy fabriqué par procédés RFI. Les normes ASTMD3171, ET ASTMD792 ont été utilisées pour la mesure de taux de vide, et de fibres. Nous avons tout d'abord introduit des modes de drapage dans le procédé RFI et évalué leurs impacts sur les propriétés physiques du produit fini. Les résultats des expériences montrent que le mode primaire A, avec les films de résine en bas permet d'avoir des pièces de bien meilleure qualité, avec des épaisseurs, des taux de vitres et vide contrôlés. Le mode primaire B (films dans le plan symétrique du laminé) donne des résultats identiques au mode A à l'exception des épaisseurs qui sont plus irrégulières et de faibles taux de fibres Vf. Le mode primaire C (films symétriques dans le laminé) crée localement des taux de vide inacceptable. Le mode primaire D (films de résine en surface du laminé) présente des résultats bien meilleurs que A, mais à l'exception des épaisseurs qui sont plus irrégulières par rapport à A. L'ajout de gaps et overlaps de film de résine au-delà de 2.54cm (1") devient nuisible aux propriétés physiques, et est déconseillé. Une observation au C-scan permet d'attibuer la majorité des défauts aux overlaps de résine. Enfin, nous avons analysé le cycle de cuisson à la lumière de modèles de porosités thermo-dynamiques. Il apparaît qu'au niveau des porosités, le phénomène de diffusion est essentiel dans ce procédé. Un meilleur conditionnement du film de résine produit par Cytec pourrait être efficace. Un design optimal avec brisure de cycle et retard de pression nous a permis d'avoir un cycle de cuisson optimal pour le procédé RFI.

Abstract

The RFI (Resin Film Infusion) process is a composite materials manufacturing process. Especially known for the small investment it requires, RFI processes are more and more widely used in the aeronautical industry. However a number of aspects of this process are still not well controlled. The quality of the final part depends on which process is used. In the case of RFI, controlling physical characteristics such as thickness, fiber volume fraction or void content remains a major challenge. This dissertation deals with the optimization of the physical properties of a carbon composite manufactured with RFI processes. The ASTMD3171 and ASTMD792 standards were used to measure the void content and fiber volume fraction. First, we introduced different layup sequences in the RFI process and evaluate their impact on the physical properties of the final product. The experiments show the primary mode A, with the resin film at the bottom, resulting in much better quality with controlled fiber volume fraction and void content. Mode B (film in the symmetrical plane) yields results identical to mode A except more irregular thicknesses. Mode C (symmetrical film in the laminate) produces locally unacceptable void contents. Mode D (resin film on the top of the laminate) yields much better results than mode A with the exception of the more irregular thicknesses. Making gaps and overlaps with the resin film has negative effects beyond 2.54cm (one inch) and should be avoided. Several C-scan observations of the manufactured samples showed a large accumulation of porosity in the resin rich areas, as well as surface defects. Ultimately we analyzed the cure cycle in light of the thermodynamic porosity models. It is evident that the diffusion phenomenon is essential in this process. Therefore a better conditioning of the resin film made by Cytec is required. An optimal design with a cycle stop and pressure lag yields the optimal cure cycle for the RFI process.