Mise en œuvre expérimentale d’une nouvelle méthode de Fabrication Composite : exposer nus fibres sur la Surface Composite par la méthode de la couche molle

L’objectif global de cette procédure est de fabriquer un composite renforcé de fibres avec des fibres nues exposées à la surface sans aucun traitement de surface. Cette technique permet d’exposer des fibres nues sur une surface composite sans utiliser de traitements de surface coûteux et inefficaces. Le principal avantage de cette technique est qu’elle améliore la conductivité électrique et les résistances mécaniques du composite.

Cette technique a également une productivité élevée. Pour préparer un tissu unidirectionnel en fibre de carbone, pré-imprégné d’époxy, empilez des carrés de préimprégné avec une fraction volumique de fibre de 50 à 60 % dans une séquence comprenant des orientations de zéro degré et de 90 degrés pour éviter la fissuration du stratifié. Pour préparer chaque carré de tissu en fibre de carbone à armure toile préimprégnée, nettoyez d’abord le tissu avec de l’acétone ou de l’éthanol.

Placez le tissu sur une surface propre ou sur une lingette de laboratoire non pelucheuse et laissez l’acétone s’évaporer dans des conditions ambiantes. Décollez le support d’une feuille de résine époxy de type film à une température de durcissement de 125 degrés Celsius. Appliquez une seule feuille de film de résine époxy sur le tissu de carbone propre.

Placez le tissu côté époxy vers le bas sur une plaque chauffante à 70 degrés Celsius. Chauffez le tissu pendant 10 secondes pour le pré-imprégner d’époxy. Laissez le tissu préimprégné refroidir dans des conditions ambiantes pendant 10 minutes.

Ensuite, retirez la feuille de support restante du côté enduit d’époxy. Empilez le tissu préimprégné à armure toile dans la séquence d’empilement souhaitée pour former le stratifié de tissu en fibre de carbone à armure toile. Pour préparer un stratifié de feutre de fibre de carbone non tissé, appliquez une feuille d’époxy triple couche de chaque côté d’un morceau de feutre de carbone propre et sec.

Chauffez les côtés recouverts d’époxy du feutre à 70 degrés Celsius pendant 10 secondes chacun, avec une masse appliquée sur le dessus. Laissez refroidir le feutre préimprégné pendant 10 minutes, puis décollez les feuilles de support restantes. Ensuite, lavez les feuilles d’un film de libération d’éthylène-propylène fluoré de 25 micromètres d’épaisseur, non perforé, avec de l’éthanol ou de l’acétone.

Séchez soigneusement les feuilles FEP avec des lingettes non pelucheuses sans provoquer de plis ni de trous d’épingle. Assurez-vous que les feuilles sont exemptes de contaminants et de particules. Ensuite, placez chaque feuille propre et sèche entre des lingettes non pelucheuses et rangez les feuilles dans un boîtier en plastique propre et sans poussière.

Pour commencer la fabrication du composite, appliquez un démoulage en silicone sur le moule de compression. Essuyez le moule avec des lingettes non pelucheuses pour ne laisser qu’une fine couche de démoulage du moule. Ensuite, coupez un morceau de stratifié en fibre de carbone préparé pour qu’il soit légèrement plus petit que la cavité du moule.

Placez une feuille de film FEP propre de 25 micromètres d’épaisseur sur le moule inférieur. Placez le stratifié sur le moule et recouvrez-le d’un film FEP de 25 ou 100 micromètres d’épaisseur, selon le type de fibre. Lissez soigneusement le film afin qu’il ne reste pas de bulles d’air entre la couche douce et le stratifié.

Ensuite, fermez le moule de compression. Chauffez une presse à chaud à 150 degrés Celsius et placez le moule de compression dans la presse. Pour un composite de fibres unidirectionnelles, appliquez constamment 20 mégapascals pendant 30 minutes.

Pour un composite tissé, appliquez 20 mégapascals pendant quatre minutes, relâchez la pression et réappliquez immédiatement 20 mégapascals. Purgez le matériau de cette manière jusqu’à ce que la viscosité de la résine commence à augmenter. Ensuite, maintenez la pression à 20 mégapascals jusqu’à ce que le composite ait durci pendant 30 minutes au total.

Pour un composite en feutre, augmentez lentement la pression jusqu’à trois mégapascals, en faisant attention de ne pas dépasser. Durcissez le matériau à trois mégapascals pendant 30 minutes. Une fois l’échantillon durci, sans relâcher la pression, refroidissez le moule de compression à moins de 120 degrés Celsius.

Ensuite, relâchez la pression, retirez le moule et démoulez l’échantillon fabriqué. Des images de microscopie électronique à balayage acquises à une inclinaison de cinq degrés ont montré que les fibres étaient visibles plus en détail dans les composites fabriqués avec la méthode de la couche molle qu’avec le moulage par compression conventionnel. Cela a été attribué à l’élimination de la couche riche en résine sur le dessus du composite.

Malgré l’élimination de la couche de résine époxy, les fibres ne présentaient pas de défauts visibles. La conductivité électrique sur toute l’épaisseur était plus élevée dans les composites fabriqués avec la méthode de la couche molle, avec une diminution correspondante de la résistance spécifique à la surface à moins de 20 milliohms par centimètre carré à une pression de compactage de 1,38 mégapascal. Les résistances à la traction mesurées des composites à couche souple étaient comparables à celles fabriquées par la méthode de compression conventionnelle.

Les tissus tissés et les composites de feutre ont affiché des augmentations respectives de 22 % et 15 %. Ces augmentations ont été attribuées à la couche molle appliquant une pression uniforme sur la surface du composite. En suivant cette procédure, vous serez en mesure de fabriquer un composite exposé aux fibres sans difficulté.

Le mécanisme est simple. Et avec une bonne compréhension de votre matériel, la mise en œuvre est encore plus simple. Lorsque vous tentez cette procédure, n’oubliez pas de l’adapter à votre application spécifique.

Tenez compte de l’état de durcissement du composite et des propriétés thermiques de la couche molle, et ajustez la procédure en conséquence pour obtenir les résultats souhaités.