Développement de la pultrusion thermoplastique de rubans de préimprégnés à 1 m/min

L’étude menée a pour objectif d’augmenter la vitesse de la pultrusion thermoplastique. Le matériau utilisé est un ruban préimprégné de carbone et de polyéthercétonecétone (C/PEKK). Pour réaliser cet objectif, trois axes de recherche ont été définis. Le premier est la conception d’une machine de découpe de préimprégnés. À partir d’une bobine initiale de 308 mm de largeur, la machine doit fournir des rubans à la bonne dimension afin de les faire rentrer dans les filières de pultrusion. La machine de découpe est composée de deux étages afin d’y placer plusieurs bobines. Deux méthodes de découpe sont étudiées : la méthode de découpe par rouleau séparateur et la méthode de découpe par lame. La première méthode utilise le fait que le ruban est composé de fibres unidirectionnelles. Ainsi, une fois entaillées, les bandes se déchirent suivant la direction des fibres. La seconde méthode consiste à placer des lames espacées d’une largeur donnée sur le chemin du préimprégné, ce qui le sépare en plusieurs lamelles. Ces méthodes sont évaluées par une analyse de la variation de largeur des lamelles découpées. Les résultats ont mené au choix d’une méthode de découpe, hybride, combinant les deux solutions. La méthode hybride consiste à utiliser dans un premier temps, la technique du rouleau pour diviser le rouleau initial en quatre en deux étapes. Quatre bobines sont donc obtenues. Dans un second temps, chacune des quatre bobines sera découpée avec la technique de découpe par lame. Afin de valider cette méthode hybride, une analyse de la variation de la largeur des rubans a été menée. Les rubans découpés sur plus de 20 m présentent une variation maximale de largeur de 17 % avec une largeur moyenne de 15.18 mm. Pour s’assurer de la qualité de la matière fournie une analyse de l’épaisseur, du taux de fibre, du taux de vide et du poids surfacique du ruban préimprégné a été menée. L’analyse révèle un taux de vide de 15.56 ± 3% en volume dans le ruban de préimprégné. De plus, son épaisseur mesurée est de 0.220±0.008 mm soit 0.08 mm de plus que celle annoncée par le fabricant, 0.14 mm. Le second axe s’intéresse à la modélisation du transfert thermique lors de la pultrusion. Le but de cette modélisation est de déterminer les consignes de température des filières pour obtenir une chauffe du pultrudat similaire malgré l’augmentation de la vitesse de pultrusion. Le modèle numérique est développé sur Abaqus©. Deux types de transferts thermiques sont utilisés ; un transfert thermique par conduction pour modéliser l’apport de chaleur des filières et un transfert thermique par convection qui permet de modéliser l’impact de l’air et de l’augmentation de la vitesse lors de la pultrusion. Le transfert thermique par conduction utilise deux paramètres : la distance d’influence du transfert et le coefficient de conduction. Le transfert thermique par convection n’utilise qu’un seul paramètre, le coefficient de convection. En tout trois paramètres sont utilisés pour modéliser le transfert thermique de chauffe lors de la pultrusion. Dans un premier temps, les paramètres sont calibrés afin de reproduire les courbes expérimentales de température du composite passant dans les filières. Une fois le modèle ajusté, les températures des filières sont ajustées une à une jusqu’à observer un même profil de température pour toutes les vitesses de pultrusion.