L’ENROULEMENT FILAMENTAIRE DE MATERIAUX COMPOSITES 17/04/2017

Principe Consiste à enrouler,par l’intermédiaire d’un guide fils,des fibres imprégnées de résine sur un mandrin, puis à polymériser la structure. 17/04/2017

Avantages de cette Technique Obtention de matériaux à très bonnes caractéristiques(taux de fibres élevés). Disposition des fibres de façon optimale. Procédé fiable,répétitif et automatisable. Gestion par commande numérique. 17/04/2017

Limites du procédé Investissements assez importants. Limitations des formes. Main d’œuvre qualifiée. Maintenance délicate et technique. 17/04/2017

Types d’enroulement Enroulement circonférentiel: 90°/axe de rotation. Enroulement hélicoïdal: angle a /axe de rotation. Enroulement polaire: cas de la sphère,la trajectoire détermine un plan. 17/04/2017

Constitution d’une machine à bobiner Axe de rotation avec prise de mors et contre-pointe. Vitesse de rotation. Support bobines et rattrapage de boucle. Tension des fils. Chemin de fils et constitution de la nappe. Imprégnation des fils (pour la voie humide). Chariot de translation. Bras de tête. Tête de bobinage. 17/04/2017

Gestion de la machine Par commande numérique : Axe de rotation : Paramètre Z Vitesse : Paramètre F Tension des fils : Paramètre S Déplacement du chariot : Paramètre X. Bras de tête : Paramètre Y Orientation de la tête : Paramètre B 17/04/2017

Applications Canalisations. Bouteilles de stockage de gaz. Bouteilles d’air comprimé Réservoirs hautes pressions. Stockage hydrogène. Tubes. Pièces de révolutions. 17/04/2017

Les matériaux Composites Définition : C’est des matériaux constitués de renforts (ou fibres)et d’une matrice (ou résine). Les fibres principales sont : Les fibres de verre : E,S,D,C. Les fibres de Carbone : HR,THR,MI,HM,THM. Les fibres Aramides : HR,HM. Les principales résines sont : Les résines polyesters. Les résines vinylesters. Les résines époxydes. 17/04/2017

Les fibres Les fibres apportent les propriétés mécaniques. Elles sont caractérisées par un excellent rapport propriétés/densité. Elles devront être compatibles avec les résines d’imprégnation. Elles se présentent sous forme de bobines ou de pelotes. 17/04/2017

Les fibres de verre Constituées essentiellement de silice SiO2 . Les principales variétés sont : Verre E : le plus utilisé, le moins cher. Verre R ou S : la fibre de verre à hautes performances. Verre D : pour applications électriques. Verre C : pour applications chimiques. 17/04/2017

Les fibres de carbone Issues généralement du précurseur Polyacrylonitrile PAN. Excellentes propriétés mécaniques. Excellente tenue en température. Excellente tenue en fatigue. Excellente résistance chimique. Son utilisation est limitée par son prix. 17/04/2017

Les fibres aramides Quasi-monopole de Dupont de Nemours avec le Kevlar. sont très concurrencées par les fibres de carbone qui deviennent moins chères. Emploi limité à la balistique (blindage). 17/04/2017

Les résines polyesters Il s’agit de résines insaturées dissoutes dans un solvant réactif : le styrène. Ces résines sont issues d’un grand choix de diacides et de diols d’où leur grande variété. Leur système de réticulation est souple et varié. Leur consommation est très importante notamment dans les produits de grande diffusion. Leur utilisation est facile et ne nécessite pas de gros investissements. 17/04/2017

Les résines vinylesters Elles permettent d’associer la structure bisphénol A base de la résine epoxy a la chimie des polyesters en estérifiant le bisphénol par l’acide acrylique et en utilisant le styrène en tant que solvant réactif. Le système catalytique est similaire à celui des résines polyesters. Ces résines ont d’excellentes propriétés mécaniques,et une grande résistance à la corrosion. 17/04/2017

Les résines époxy Structure de base : Diglycidylether de bisphénol A : DGEBA Variantes avec les epoxy cycloaliphatiques,les novolaques epoxydées,et les tetraepoxy comme le TGMDA. Le durcissement se fait par réaction des diamines aliphatiques ou cycloaliphaiques ou aromatiques,ou avec des anhydrides d’acide Pour régler la viscosité on peut utiliser un diluant réactif. 17/04/2017

Les résines Phénoliques Issues de la réaction du phénol et du formol Polymérise à froid sous catalyse acide ou sans catalyse à chaud. Dégage de l’eau en polymérisant : résine poreuse. Autoextinguible (M1) et fumée non toxique (F1). Utilisées dans les transports (sécurité feu). Faible coût. 17/04/2017

Propriétés-Technologies Taux de fibres en volume Contact – projection : 0.3 Presse – Compression : 0.4 Stratifié poche à vide : 0.5 Stratifié autoclave : 0.6 Enroulement filamentaire : 0.6 17/04/2017

Propriétés des matériaux Masse Volumique Module Résistance Allongement Prix/kg Masse Spécifique Unités Kg / dm3 GPa MPa % € / kg Kg/MPa Acier 7.8 205 800 0.3/10 3 10 Aluminium 2.8 70 350 0.35/14 7.5 8 Verre E/Epo 1.9 52 1000 3.5 3.2 Verre R/Epo 55 1700 4 1.1 Aramide/Epo 1.4 80 1500 2.3 17.5 0.9 CarboneHR/Epo 1.5 150 2100 16.5 0.7 17/04/2017

Caractérisation physicochimique Des produits de base et des mélanges réactionnels Spectroscopie infra-rouge,RMN,etc Viscosité Fonctionnalité epoxy Fonctionnalité amine Fonctionnalité acide Pot – life et temps de gel Température de transition vitreuse 17/04/2017

Caractérisation physicochimique Des matériaux composites Dureté Barcol. DMA. DSC. Essais de traction. Essais de Flexion. Essais de cisaillement interlaminaire. Essais de choc. 17/04/2017

Normalisation – Qualification Les essais de réception : permet de vérifier la conformité de la fourniture par rapport au cahier des charges. Les essais de qualification : a pour but de démontrer l’aptitude du produit à l’application pour laquelle il est prévu et d’évaluer ses performances.Les résultats serviront de base de calcul. 17/04/2017

Essais de Contrôle Traçabilité des fabrications. Traçabilité des polymérisation. Mise sous pression d’épreuve. Emission acoustique. Ultra – sons. 17/04/2017

Conception (1) Définition des fonctions de la pièce : Préconception Contraintes géométriques, Environnements, Spectre des charges, Masse,coûts. Préconception Choix du procédé. Choix des matériaux. Prédimensionnement. 17/04/2017

Conception (2) Conception Qualification - Homologation. Caractérisation des matériaux. Calcul mécanique. Définition des épaisseurs,des orientations,des couches. Validation préliminaire. Calcul aux éléments finis. Optimisation de la structure Validation finale Qualification - Homologation. 17/04/2017

Conception (3) Dossier Industriel : Dossier de Définition : STM,STP,Plans. Dossier de Fabrication : Nomenclature, gammes, procédés. Dossier de Contrôle: Contrôles réception, traçabilité, contrôles inter-opérations, contrôle final, suivi en service et après-vente. 17/04/2017