Analyse des conditions de fabrication en pression et température dans les procédés d'injection par transfert de résine.

Les procédés de moulage par transfert de résine regroupés sous le terme générique « Liquid Composite Molding » sont de plus en plus utilisés dans l'industrie des matériaux composites. Ces procédés sont considérés comme fiables pour fabriquer des pièces composites, mais de nombreuses améliorations peuvent être proposées. L'efficacité des procédés existants peut être améliorée par une meilleure utilisation des outils mis à la disposition des utilisateurs mais aussi par un certain nombre d'innovations. Le procédé d'injection flexible est un exemple de nouveau procédé LCM qui consiste à injecter la résine sous une membrane flexible, puis à compacter le composite au moyen d'un fluide de compaction injecté au dessus de la membrane. Plusieurs phénomènes particuliers apparaissent pendant les phases d'injection et de cuisson. La modélisation et la simulation donnent la possibilité de mieux comprendre le procédé et permettent d'optimiser les paramètres qui gouvernent l'injection. Ce mémoire a pour but de montrer comment la simulation et la modélisation des phénomènes physiques permet d'améliorer la qualité des composites fabriqués par injection sur renforts. Le premier article présente une amélioration du procédé RTM, dans laquelle la température du moule n'est plus uniforme. Le fait de chauffer différemment l'outillage entre l'entrée et la sortie permet d'uniformiser le degré de cuisson à l'intérieur du moule. L'impact de ce chauffage par zone est aussi analysé par rapport au temps de cycle. Dans le deuxième article, la thermique du procédé d'injection flexible est analysée et les paramètres critiques sont identifiés. Par la suite, une amélioration de l'algorithme de minimisation du taux de vide est proposée. Par le biais de la simulation, puis grâce à une approche analytique, les calculs fournissent une méthode de mise en oeuvre simple pour diminuer le taux de vide dans les pièces. Le chapitre suivant propose une simulation simplifiée du procédé d'injection flexible, qui permet d'évaluer le temps d'injection et de mieux comprendre l'influence des paramètres gouvernant la fabrication. Enfin, le dernier chapitre analyse l'importance des paramètres d'injection sur le temps de cycle dans le procédé RTM. Leurs influences relatives sont calculées et le gain sur le temps de cycle peut être évalué quantitativement.

Abstract

Resin transfer molding processes are increasingly used in the composite material industry. These processes are viewed as reliable to make composite parts, but many improvements can still be implemented in terms of process reliability, part quality and cost. This can be achieved by a better use of existing tools or by a certain number of innovations. Flexible injection is an example of a new resin injection process in the Liquid Composite Molding (LCM) family. In flexible injection the resin is injected under a membrane after which a compaction fluid is injected in an upper chamber of the mold above the membrane in order to compress the composite until it reaches its nominal thickness. Several physical phenomena occur during the injection and the cure stages. Modeling and simulation give the opportunity to better understand the process and allow optimizing the parameters that govern the injection. This thesis is focused on how the modeling and the simulation of the physical phenomena can improve the quality of the composite parts. In a first step, an improvement of the RTM process is analyzed when the mold is heated non uniformly. The difference between the inlet gate and the vent can decrease the cure gradient in the part and the cycle time. In the second article, the thermal analysis of the flexible injection is analyzed and the critical parameters are identified. Chapter 5 is a complement to the first article. It analyses the effect of zone heating on the cycle time. In chapter 6 an improvement of the void minimization algorithm is suggested. In the next chapter, a simulation of the flexible injection is proposed to identify a key parameter by calculations. Finally a quick analysis of the RTM process gives the cycle time as a function of the parameters and computes the benefits in time of the change of one parameter.