Étude expérimentale de la porosité des renforts utilisés dans les matériaux composites

Les renforts fibreux utilisés dans la fabrication de matériaux composites sont des matériaux poreux de structure complexe à cause des interstices entre les filaments dans un toron, qualifiés de micropores, et les espaces entre les torons, appelés mésopores. Cette double échelle de porosité exerce une grande influence sur l'étape la plus importante des procédés de fabrication par moulage liquide ou « Liquid Composite Molding » (LCM) : l'injection de résine dans le renfort. En effet, deux types d'écoulements se font concurrence lors de cette étape : l'écoulement capillaire dans les micropores et l'écoulement visqueux dans les mésopores. La qualité de l'injection va déterminer la qualité de la pièce finale. Ainsi, une meilleure connaissance de la taille des pores dans les renforts fibreux peut contribuer, entre autres, à améliorer la compréhension des modes d'écoulement de la résine et des facteurs qui entrainent des défauts dans les pièces. Les études portant sur la mesure de la taille des pores dans les renforts fibreux ont principalement utilisé des méthodes par analyse d'image faisant intervenir des essais coûteux par microtomographie aux rayons-X ou encore l'utilisation de microscopes sur des spécimens composites. Dans ce travail, une méthode simple de mesure de la taille des pores, qui a fait ses preuves pour les matériaux poreux à une seule échelle de porosité, est pour la première fois appliquée aux renforts fibreux. L'objectif de ce projet est d'évaluer la capacité de la porométrie par drainage d'un liquide mouillant à caractériser la double échelle de porosité des renforts fibreux. Cette méthode est fondée sur la notion de pression capillaire. Un échantillon initialement imbibé de liquide mouillant est drainé petit à petit en appliquant une pression d'air à travers une de ses faces. Le débit obtenu lors de ce premier essai est comparé à celui d'un deuxième impliquant les mêmes valeurs de pression, mais cette fois-ci avec un échantillon sec. Ceci permet d'évaluer la distribution de la taille des pores qui représente la porosité effective à l'écoulement de l'échantillon. L'équation de Laplace-Young utilisée pour les calculs impose l'utilisation d'une hypothèse simplificatrice fondée sur un modèle de pores cylindriques. Le poromètre 3Gz de Quantachrome a été utilisé pour réaliser les expériences de porométrie par drainage d'un liquide mouillant. Deux types de mesure ont été pris en considération : d'une part, la mesure à travers l'épaisseur, qui est la plus utilisée et la plus simple pour caractériser les matériaux poreux, et d'autre part, la mesure planaire, qui est plus représentative de l'écoulement de résine dans le renfort fibreux lors des procédés d'injection par LCM.