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

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.

Résumé

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.