Développement de rivets en composite de carbone et poly(étheréthercétone) pour les structures aéronautiques

Au cours des dernières années, la proportion qu'occupent les matériaux composites dans les avions est passée d'environ 11 % à plus de 50 %. Les nombreux avantages que présentent ces matériaux sont à la source de cette croissance fulgurante. L'avantage principal des matériaux composites est qu'ils ont des propriétés spécifiques élevées, c'est-à-dire qu'ils sont à la fois légers et résistants. L'utilisation de tels matériaux dans les structures aéronautiques apporte des nouveaux défis. Notamment, il est impossible de joindre les laminés avec les méthodes de rivetage conventionnelles. En effet, le joint peut subir des dommages tels que de la délamination lorsqu'une attache est insérée dans un trou présentant un faible jeu ou lorsque le rivet métallique est déformé plastiquement. En ce moment, ce sont des attaches en titane, similaires à des boulons et écrous, qui sont installées dans des trous avec un grand jeu. Toutefois, ces attaches présentent des problèmes par rapport à leur masse, leur coût, la corrosion et la foudre. Pour mitiger ces problèmes, on propose l'utilisation de rivets en composite de CF/PEEK. Peu de technologies existent pour mettre en forme des rivets en CF/PEEK. Une nouvelle machine a donc été mise au point. Celle-ci chauffe des préformes cylindriques par effet Joule, jusqu'à une température supérieure au point de fusion de la matrice thermoplastique. La préforme peut ensuite être mise en forme de rivet à l'aide d'un système d'outils actionné par cinq actuateurs, chacun capable d'appliquer une force de 1 kN. La machine est automatisée et est opérée par une interface réalisée sur LabVIEW. À l'aide de cette nouvelle machine, des procédés différents ont été développés pour installer les rivets dans des plaques d'acier et de polymère renforcé de fibre de carbone (CFRP). Ils sont formés in situ, soit directement dans les éléments à joindre. Le procédé de mise en forme dans l'acier requiert un chauffage avec une puissance allant jusqu'à 175 W. Pour les joints en CFRP, 110 W sont nécessaires. Dans les deux cas, après le chauffage, une force de rivetage de 250 N est appliquée. Ensuite, le joint riveté est refroidi puis démoulé. Du début du chauffage au début du démoulage, 35 s s'écoulent. Ces procédés permettent des former les rivets correctement, mais des micrographies ont montré des signes de brûlure dans les rivets formés avec le plus fort apport de chaleur. Des joints rivetés ont été soumis à des essais en cisaillement et en tension. Les rivets en CF/PEEK ont été comparés à des attaches en titane, dans des conditions semblables. Les résultats ont montré que les nouveaux rivets en CF/PEEK ont des propriétés spécifiques supérieures à celles des attaches en titane. En cisaillement, les rivets en CF/PEEK ont tenu 9 kN/g, contre environ 5 kN/g pour les rivets en titane. En tension, les rivets en CF/PEEK tiennent 5,6 kN/g, alors que les rivets en titane tiennent entre 3 kN/g et 5,5 kN/g.