Étude des défauts apparaissant dans les aménagements intérieurs des avions d'affaires

La constante évolution dans le domaine aéronautique amène de nos jours l'utilisation de nouveaux matériaux plus légers et résistants que les matériaux traditionnels. Par exemple, les ameublements intérieurs des avions d'affaires sont maintenant construits à partir d'un assemblage de panneaux composites sandwichs recouvert d'un placage en bois qui combine l'esthétisme à la légèreté. L'assemblage et la fixation au fuselage de ces meubles se font par l'introduction de dispositifs de fixation à l'intérieur des panneaux composites sandwichs. En effet, des inserts métalliques sont collés dans l'âme du panneau composite sandwich à l'aide d'une résine époxy. Cependant, des défauts apparaissent fréquemment à la surface visible des ameublements au niveau des zones de fixation des panneaux composites. Ces défauts sont visibles soit lors de la fabrication de l'assemblage ou bien plusieurs mois après la mise en service de l'avion, ce qui induit des frais de réparation importants au fabricant. Les défauts peuvent être de nature mécanique (déformation due à un serrage excessif), de nature chimique (expansion thermique ou retrait de l'adhésif époxy) ou hygrothermique (à cause de changement des conditions environnementales auxquelles sont exposées les structures aéronautiques). L'objectif de ce projet de maitrise est l'étude de l'apparition de défauts de sources chimique et hygrothermique qui ont lieu lors du vieillissement des ameublements intérieurs. Cette étude vise plus particulièrement à identifier et à quantifier les phénomènes donnant lieu à l'apparition des défauts de surface dans l'ameublement intérieur des avions d'affaires. Le présent projet de recherche constitue la première partie d'un projet parrainé par le CRIAQ et le CRSNG. Ce projet de maîtrise a été divisé en trois parties dans le but d'étudier la problématique dans un niveau de complexité croissant puisque la combinaison de plusieurs matériaux donne lieu à différents phénomènes entrecroisés pouvant être responsables de l'apparition des défauts. Une première étude a permis de caractériser séparément les différents matériaux composant l'assemblage. Cette première partie vise l'étude thermique, rhéologique et mécanique des résines époxy ainsi que les propriétés mécaniques des panneaux composites sandwichs. Il a été constaté que les deux adhésifs utilisés pour coller les inserts métalliques dans les panneaux composites sont très différents tant au niveau de leurs cinétiques de polymérisation que leurs propriétés mécaniques.

Abstract

The evolution of the aeronautic industry led to the development of new materials for these high performance applications. Among other examples, composite sandwich structures are increasingly used for interior body panels of business airplanes. These structures are assembled and fixed to the fuselage using metallic inserts bonded inside the sandwich panels with an epoxy resin adhesive. A thin film of wood veneer covers the visible side of interior furniture in order to bring sophistication and esthetic to the interior design. However, due to multiple factors, surface defects frequently appear on the veneered side of the panel where inserts are located. Moreover the defects tend to appear months after the airplane delivery causing costly reparations. The sources of defects can be mechanical (deformation due to an excessive tightening), chemical (shrinkage of the epoxy adhesive) or the result of hygrothermal exposition. It is therefore important to understand the source of such surface defects and ultimately prevent or control their appearance. The present thesis deals with defects from chemical and hygrothermal sources appearing on the composite panels used on the interior body of business jets after aging. The main objective was to identify and quantify phenomena causing the defects on the interior panels of business planes. This research project is the first part of a project sponsored by CRIAQ and NSERC. The interaction of several materials can lead to various phenomena causing the apparition of surface defects. The project was thus divided into three parts in order to study an increasingly complex problem. The first study deals with the characterization of the different constitutive materials taken separately. This first part focused on thermal, rheological and mechanical aspects of epoxy adhesives. It was shown that the two adhesives used have different mechanical properties and cure kinetic reactions. In addition, the mechanical properties of sandwich composites panels were studied. The second study focused on the analysis of hygrothermal influence on the adhesive and the composite sandwich panels taken separately. Humidity and temperature can have an important effect on the constitutive materials, it is therefore important to know their influence. Finally, the third part deals with the influence of hygrothermal aging on a structure combining all the different materials. Sample panels including fixing zones (insert and resin) were made at the industrial partner's facility according to the industrial procedure.