Name: Mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-30T14:40:00.000+00:00
Duration: 9 min 54 s
Description: Découvrez la fabrication de stratifiés composites polymères renforcés de fibres de verre par la méthode de moulage humide sous vide. Ce protocole améliore la résistance et la répétabilité des propriétés mécaniques.

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Les auteurs tiennent à remercier les subventions du Programme national de recherche et de développement clé de la Chine (n° 2022YFB3706503) et du programme de plan de soutien stable du Fonds des sciences naturelles de Shenzhen (n° 20220815133826001).

1. Préparation du matériel
<ol><li>Coupez huit morceaux de tissu en fibre de verre tissé de 300 mm x 300 mm avec des ciseaux. Collez d’abord la coupe avec du ruban adhésif pour éviter que les filaments de fibres ne tombent. REMARQUE : Portez un masque et des gants pour éviter les piqûres de doigts et l’inhalation de filaments lors de la coupe du tissu. Non seulement le tissu en fibre de verre tissé, mais le tissu unidirectionnel et d’autres types de fibres, tels que la fibre de carbone et la fibre d’aramide, sont également disponibles.</li>
	<li>Peser 260 g de résine époxy et 78 g de durcisseur selon le rapport de masse de 10 :3. REMARQUE : Le rapport entre le tissu en fibre et le système de résine est recommandé pour être de 360 g de système de résine époxy par mètre carré de tissu en fibre monocouche.</li>
</ol>2. Processus de fabrication
REMARQUE : La figure 1 montre le schéma de fabrication du stratifié composite pour le processus de stratification à la main, qui est illustré à la section 2.
<ol><li>WLVB (en anglais seulement)<ol>
<li>Mettez le tissu dans un four à 60 °C pendant 8 h.</li>
		<li>Collez un film isolant sur la feuille acrylique pour empêcher la résine de se coller.</li>
		<li>Placez le moule sur la zone de pose.</li>
		<li>Mélangez lentement la résine et le durcisseur pendant 5 min, puis mettez-le dans une chambre à vide pour aspirer les bulles d’air à l’intérieur.</li>
		<li>Posez le film antiadhésif non poreux sur le moule et fixez-le avec du ruban adhésif autour.</li>
		<li>Posez une couche de pelage sur le film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Versez la résine époxy et utilisez un grattoir pour répartir la résine uniformément dans tout le film.</li>
		<li>Pliez le premier tissu en fibres, roulez avec un rouleau nu pour vous assurer que la résine s’infiltre complètement dans le tissu et que les bulles sont extrudées, puis versez la résine à l’aide d’un grattoir pour gratter la résine uniformément.</li>
		<li>Répétez les étapes 2.1.7 et 2.1.8 jusqu’à ce que tout le tissu ait été utilisé.</li>
		<li>Posez un pli pelable sur le tissu et pressez les bulles d’air manuellement.</li>
		<li>Posez successivement un film antiadhésif perforé et un tissu de reniflard.</li>
		<li>Placez le canal d’aspiration et le coussin respirant d’un côté.</li>
		<li>Collez un cercle de ruban adhésif résistant à la chaleur avec une feuille d’acrylique à l’extérieur du moule et fixez le sac sous vide autour avec le ruban adhésif pour former un espace fermé.</li>
		<li>Allumez la pompe à vide pour appuyer sur 1 bar de pression pendant 10 h à température ambiante. Ensuite, fermez la pompe à vide et maintenez la quiescence pendant 14 h.</li>
		<li>Mettez les stratifiés au four à 80 °C pendant 16 h pour qu’ils durcissent complètement.</li>
		<li>Mesurez la fraction volumique des fibres à l’aide des équations (1-3)38,39. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65376/65376eq03.jpg" style="margin: auto;">(3) n est le nombre de couches du stratifié, ρ fibre est la densité surfacique du tissu de fibre du fabricant, A fibre est la surface du stratifié, m fibre est la masse du tissu fibreux, m total est la masse du stratifié, ρ époxy est la densité de l’époxy, v époxy et v total sont les volumes d’époxy et de stratifié, respectivement, et est la fraction volumique des fibres.</li>
	</ol>
</li>
	<li>WL<ol>
<li>Mettez le tissu dans un four à 60 °C pendant 8 h.</li>
		<li>Mélangez lentement la résine et le durcisseur pendant 5 minutes, puis mettez-le dans une chambre à vide pour aspirer les bulles d’air à l’intérieur.</li>
		<li>Posez le film antiadhésif non poreux sur le moule et fixez-le avec du ruban adhésif autour.</li>
		<li>Posez une couche de pelage sur le film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Versez la résine époxy et utilisez un grattoir pour répartir la résine uniformément dans tout le film.</li>
		<li>Pliez le premier tissu en fibres, roulez avec un rouleau nu pour vous assurer que la résine s’infiltre complètement dans le tissu et que les bulles sont extrudées, puis versez la résine à l’aide d’un grattoir pour gratter la résine uniformément.</li>
		<li>Répétez les étapes 2.2.5 et 2.2.6 jusqu’à ce que tout le tissu ait été utilisé.</li>
		<li>Posez un pli pelable sur le tissu et pressez les bulles d’air manuellement.</li>
		<li>Posez successivement un film antiadhésif perforé, un tissu respirant et un film antiadhésif non poreux.</li>
		<li>Placez une plaque d’aluminium de la même taille que le tissu en fibre sur le dessus.</li>
		<li>Maintenir la quiescence à température ambiante pendant 14 h.</li>
		<li>Mettez les stratifiés au four à 80 °C pendant 16 h pour qu’ils durcissent complètement.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Caractérisation des propriétés d’impact
REMARQUE : Il existe de nombreuses méthodes pour les essais d’impact des stratifiés composites. Dans des conditions d’impact à faible vitesse, la méthode couramment utilisée est l’essai d’impact de chute de poids, tandis que dans des conditions d’impact à haute vitesse ou à ultra haute vitesse, la méthode fréquemment utilisée est la méthode d’impact de balle. Dans cette étude, l’essai d’impact chute-poids a été appliqué. L’équipement est illustré à la figure 2.
<ol><li>Découpez un ensemble d’échantillons de 150 mm x 100 mm dans du PRV pour un test d’impact, conformément à la norme ASTM D7136, à l’aide d’une machine de découpe de haute précision.</li>
	<li>Mesurez le poids et la taille de chaque échantillon.</li>
	<li>Fixez les positions des échantillons à l’aide de clous de positionnement au centre des échantillons que l’impacteur peut contacter pour chaque test.</li>
	<li>Fixez l’échantillon sur le support d’impact à l’aide de quatre embouts en caoutchouc.</li>
	<li>Effectuez l’essai d’impact à l’aide d’une tour d’impact à poids de chute au niveau d’énergie de 10 J. Allumez la machine d’essai de marteau tombant et cliquez sur Connecter pour connecter le contrôleur à la liste déroulante, puis cliquez sur Accueil | Avant le test. Réglez l’énergie d’impact sur 10 J et la masse supplémentaire sur 2 kg. Saisissez l’épaisseur de mesure, 2,1 mm pour les échantillons WLVB et 2,5 mm pour les échantillons WL, pour déterminer la hauteur de l’impacteur, puis cliquez sur Démarrer pour démarrer l’expérience.</li>
	<li>Enregistrez les données de réponse à l’impact, y compris la force, la déflexion et l’historique énergétique.</li>
	<li>Retirez l’échantillon. Consigner la morphologie de l’échantillon après l’impact.</li>
	<li>Répétez le test d’impact cinq fois pour vous assurer de la répétabilité des résultats.</li>
	<li>Calculez et comparez les données des échantillons.</li>
</ol>4. Caractérisation des propriétés de traction
<ol><li>Découpez un ensemble d’échantillons de 250 mm x 25 mm dans les stratifiés pour un essai de traction, conformément à la norme ASTM D3039, à l’aide d’une machine de découpe de haute précision avec une fraise diamantée.</li>
	<li>Mesurez la taille de chaque échantillon à l’aide d’un pied à coulisse.</li>
	<li>Utilisez de l’adhésif époxy pour coller quatre languettes en aluminium de 50 mm x 25 mm x 2 mm aux deux extrémités de l’échantillon afin d’éviter la concentration des contraintes.</li>
	<li>Vaporisez une fine couche de peinture blanche sur le devant de l’échantillon, puis vaporisez des taches noires.</li>
	<li>Placez l’échantillon au centre des pinces de la machine d’essai de traction et installez le système d’acquisition d’images, comme illustré à la figure 3.</li>
	<li>Pour garantir l’exactitude des données de déformation, faites varier la position de l’échantillon de manière à ce qu’il se trouve au milieu de la zone de prise de vue de l’appareil photo et en position verticale. De plus, ajustez la distance focale et le taux d’exposition de l’appareil photo pour vous assurer que les taches sur l’échantillon sont clairement enregistrées.</li>
	<li>Effectuez l’essai de traction. Cliquez sur CONFIGURER LE TEST. Réglez la vitesse de test sur 0,5 mm/min. Cliquez sur Specimen data (Données d’échantillonnage). Saisissez la largeur et l’épaisseur de mesure des échantillons. Cliquez sur Démarrer, puis sur Accepter la position actuelle. Enregistrez les données de temps de chargement.</li>
	<li>Retirez l’échantillon. Consigner la morphologie de l’échantillon après l’essai de traction.</li>
	<li>Répétez l’essai de traction cinq fois pour vous assurer de la répétabilité des résultats.</li>
	<li>Utilisez un logiciel de corrélation d’images numériques (DIC) pour mesurer la déformation nominale de l’échantillon pendant l’essai de traction.</li>
	<li>Cliquez sur Image à l’échelle de longueur pour calibrer la longueur des pixels, cliquez sur Image de référence, puis choisissez la première image comme image de référence. Cliquez sur Image déformée et choisissez les images restantes comme images déformées. Cliquez sur Outils de dessin | Sélectionnez rectangle pour sélectionner la zone de mesure. Cliquez sur Extensomètre et définissez la longueur de l’extensomètre sur 100 mm, puis cliquez sur Traitement | Démarrer la corrélation.</li>
	<li>Divisez la charge par la section transversale pour obtenir la contrainte nominale.</li>
	<li>Combinez la déformation nominale de la mesure DIC et la contrainte nominale de la machine d’essai de traction.</li>
	<li>Choisissez la pente du segment linéaire de la courbe déformation-contrainte comme module d’élasticité. Choisissez la valeur de crête de la courbe force-temps de traction comme résistance.</li>
	<li>Comparez le module d’élasticité et la résistance des échantillons.</li>
</ol>

Fabrication et évaluation des propriétés mécaniques des stratifiés composites à fibres

<ol><li>Ramesh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flax+%28Linum+usitatissimum+L.%29+fibre+reinforced+polymer+composite+materials%3A+A+review+on+preparation%2C+properties+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Flax (Linum usitatissimum L.) fibre reinforced polymer composite materials: A review on preparation, properties and prospects.</a> Progress in Materials Science. 102, 109-166 (2019).</li>
<li>Singh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimum+design+based+on+fabricated+natural+fiber+reinforced+automotive+brake+friction+composites+using+hybrid+CRITIC-MEW+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Research+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Optimum design based on fabricated natural fiber reinforced automotive brake friction composites using hybrid CRITIC-MEW approach.</a> Journal of Materials Research and Technology. 14, 81-92 (2021).</li>
<li>Li, Z. -J., Dai, H. -L., Liu, Z. -G., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-CT+based+parametric+modeling+and+damage+analysis+of+three-dimensional+rotary-five-directional+braided+composites+under+tensile+load%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">Micro-CT based parametric modeling and damage analysis of three-dimensional rotary-five-directional braided composites under tensile load.</a> Composite Structures. 309, 116734(2023).</li>
<li>Rodríguez-García, V., de Villoria, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+manufacturing+of+bio-inspired+carbon-fibre+reinforced+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Automated manufacturing of bio-inspired carbon-fibre reinforced polymers.</a> Composites Part B: Engineering. 215, 108795(2021).</li>
<li>Atas, C., Akgun, Y., Dagdelen, O., Icten, B. M., Sarikanat, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+investigation+on+the+low+velocity+impact+response+of+composite+plates+repaired+by+VARIM+and+hand+lay-up+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">An experimental investigation on the low velocity impact response of composite plates repaired by VARIM and hand lay-up processes.</a> Composite Structures. 93 (3), 1178-1186 (2011).</li>
<li>Found, M. S., Friend, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+CFRP+panels+with+scarf+repair+patches%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">Evaluation of CFRP panels with scarf repair patches.</a> Composite Structures. 32 (1-4), 115-122 (1995).</li>
<li>Das, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Urologic+laparoscopy%3A+The+future+is+now%5BTitle%5D)+AND+%22The+Urologic+Clinics+of+North+America%22%5BJournal%5D)">Urologic laparoscopy: The future is now.</a> The Urologic Clinics of North America. 28 (1), 1-3 (2001).</li>
<li>Zhang, J., Chaisombat, K., He, S., Wang, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+composite+laminates+reinforced+with+glass%2Fcarbon+woven+fabrics+for+lightweight+load+bearing+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+%26+Design+%281980-2015%29%22%5BJournal%5D)">Hybrid composite laminates reinforced with glass/carbon woven fabrics for lightweight load bearing structures.</a> Materials & Design (1980-2015). 36, 75-80 (2012).</li>
<li>Caltagirone, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Substitution+of+virgin+carbon+fiber+with+low-cost+recycled+fiber+in+automotive+grade+injection+molding+polyamide+66+for+equivalent+composite+mechanical+performance+with+improved+sustainability%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Substitution of virgin carbon fiber with low-cost recycled fiber in automotive grade injection molding polyamide 66 for equivalent composite mechanical performance with improved sustainability.</a> Composites Part B: Engineering. 221, 109007(2021).</li>
<li>Kini, M. V., Pai, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ageing+effect+on+static+and+dynamic+mechanical+properties+of+fibre+reinforced+polymer+composites+under+marine+environment-+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%3A+Proceedings%22%5BJournal%5D)">The ageing effect on static and dynamic mechanical properties of fibre reinforced polymer composites under marine environment- a review.</a> Materials Today: Proceedings. 52, 689-696 (2022).</li>
<li>Kolat, K., Neşer, G., Özes, Ç <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+sea+water+exposure+on+the+interfacial+fracture+of+some+sandwich+systems+in+marine+use%5BTitle%5D)+AND+%22Composite+Structures%22%5BJournal%5D)">The effect of sea water exposure on the interfacial fracture of some sandwich systems in marine use.</a> Composite Structures. 78 (1), 11-17 (2007).</li>
<li>Kretsis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+the+tensile%2C+compressive%2C+flexural+and+shear+properties+of+hybrid+fibre-reinforced+plastics%5BTitle%5D)+AND+%22Composites%22%5BJournal%5D)">A review of the tensile, compressive, flexural and shear properties of hybrid fibre-reinforced plastics.</a> Composites. 18 (1), 13-23 (1987).</li>
<li>Kim, J. -H., Shin, P. -S., Kwon, D. -J., DeVries, K. L., Park, J. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+interfacial%2C+dispersion%2C+and+thermal+properties+of+carbon+Fiber%2FABC+added+epoxy+composites+manufactured+by+VARTM+and+RFI+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+A%3A+Applied+Science+and+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Evaluation of interfacial, dispersion, and thermal properties of carbon Fiber/ABC added epoxy composites manufactured by VARTM and RFI methods.</a> Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 151, 106660(2021).</li>
<li>Vargas-Rojas, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prescriptive+comprehensive+approach+for+the+engineering+of+products+made+with+composites+centered+on+the+manufacturing+process+and+structured+design+methods%3A+Review+study+performed+on+filament+winding%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Part+B%3A+Engineering%22%5BJournal%5D)">Prescriptive comprehensive approach for the engineering of products made with composites centered on the manufacturing process and structured design methods: Review study performed on filament winding.</a> Composites Part B: Engineering. 243, 110093(2022).</li>
<li>Pishvar, M., Amirkhosravri, M., Altan, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnet+assisted+composite+manufacturing%3A+a+flexible+new+technique+for+achieving+high+consolidation+pressure+in+vacuum+bag%2Flay-up+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Magnet assisted composite manufacturing: a flexible new technique for achieving high consolidation pressure in vacuum bag/lay-up processes.</a> Journal of Visualized Experiments. (135), e57254(2018).</li>
<li>Lee, D., Lee, D. G., Lim, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+implementation+of+a+new+composite+fabrication+method%3A+exposing+bare+fibers+on+the+composite+surface+by+the+soft+layer+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Experimental implementation of a new composite fabrication method: exposing bare fibers on the composite surface by the soft layer method.</a> Journal of Visualized Experiments. (128), e55815(2017).</li>
<li>Frey, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+design+of+wood-based+high-performance+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Fabrication and design of wood-based high-performance composites.</a> Journal of Visualized Experiments. (153), e60327(2019).</li>
<li>Li, P. C., Zhang, X. M., Xie, W. F., Hoa, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operation+of+the+collaborative+composite+manufacturing+%28CCM%29+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Operation of the collaborative composite manufacturing (CCM) system.</a> Journal of Visualized Experiments. (152), e59969(2019).</li>
<li>Taheri-Behrooz, F., Esmkhani, M., Yaghoobi-Chatroodi, A., Ghoreishi, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Out-of-plane+shear+properties+of+glass%2Fepoxy+composites+enhanced+with+carbon-nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Testing%22%5BJournal%5D)">Out-of-plane shear properties of glass/epoxy composites enhanced with carbon-nanofibers.</a> Polymer Testing. 55, 278-286 (2016).</li>
<li>Taheri-Behrooz, F., Bakhshan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characteristic+length+determination+of+notched+woven+composites%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Composite+Materials%22%5BJournal%5D)">Characteristic length determination of notched woven composites.</a> Advanced Composite Materials. 27 (1), 67-83 (2018).</li>
<li>Uzay, C., Cetin, A., Geren, N., Bayramoglu, M., Tutuncu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+the+tensile+stiffness+and+strength+properties+of+plain+woven+carbon+fiber%2Fepoxy+laminates%3A+a+practical+analytical+approach+and+experimental+validations%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanics+of+Advanced+Materials+and+Structures%22%5BJournal%5D)">Predicting the tensile stiffness and strength properties of plain woven carbon fiber/epoxy laminates: a practical analytical approach and experimental validations.</a> Mechanics of Advanced Materials and Structures. , (2020).</li>
<li>Cetin, A., Uzay, C., Geren, N., Bayramoglu, M., Tutuncu, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+approach+to+predict+the+flexural+properties+of+woven+plain+carbon+fiber%2Fepoxy+laminates%5BTitle%5D)+AND+%22Mechanics+of+Advanced+Materials+and+Structures%22%5BJournal%5D)">A practical approach to predict the flexural properties of woven plain carbon fiber/epoxy laminates.</a> Mechanics of Advanced Materials and Structures. 30 (9), 1801-1811 (2023).</li>
<li>Villegas, I. F., Palardy, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composite+coupons+for+mechanical+characterization+of+welded+joints+through+single+lap+shear+testing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for mechanical characterization of welded joints through single lap shear testing.</a> Journal of Visualized Experiments. (108), e53592(2016).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+dissipation+mechanism+of+fiber+metal+laminate+under+low-velocity+impact%5BTitle%5D)+AND+%22Thin-Walled+Structures%22%5BJournal%5D)">Energy dissipation mechanism of fiber metal laminate under low-velocity impact.</a> Thin-Walled Structures. 183, 110355(2023).</li>
<li>Fakhreddini-Najafabadi, S., Torabi, M., Taheri-Behrooz, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+experimental+investigation+on+the+low-velocity+impact+performance+of+the+CFRP+filled+with+nanoclay%5BTitle%5D)+AND+%22Aerospace+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">An experimental investigation on the low-velocity impact performance of the CFRP filled with nanoclay.</a> Aerospace Science and Technology. 116, 106858(2021).</li>
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<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rate+dependent+behaviors+of+nickel-based+microcapsules%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Rate dependent behaviors of nickel-based microcapsules.</a> Applied Physics Letters. 112 (22), 221905(2018).</li>
<li>Li, X., Xu, R., Zhang, X., Zhang, H., Yang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inner+blast+response+of+fiber+reinforced+aluminum+tubes%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Impact+Engineering%22%5BJournal%5D)">Inner blast response of fiber reinforced aluminum tubes.</a> International Journal of Impact Engineering. 172, 104416(2023).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+shear+thickening+fluid+encapsulation+technique+and+dynamic+response+of+encapsulated+capsules+and+polymeric+composite%5BTitle%5D)+AND+%22Composites+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Optimization of shear thickening fluid encapsulation technique and dynamic response of encapsulated capsules and polymeric composite.</a> Composites Science and Technology. 170, 165-173 (2019).</li>
<li>Wang, P. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+absorption+mechanisms+of+modified+double-aluminum+layers+under+low-velocity+impact%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Applied+Mechanics%22%5BJournal%5D)">Energy absorption mechanisms of modified double-aluminum layers under low-velocity impact.</a> International Journal of Applied Mechanics. 7 (6), 1550086(2015).</li>
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</ol>

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts.

Cet article se concentre sur les deux procédés de fabrication différents pour la méthode de stratification à la main à faible coût. Par conséquent, deux procédés de fabrication ont été sélectionnés pour être soigneusement décrits dans cet article, qui sont plus simples, plus faciles à maîtriser, moins coûteux en investissement et adaptés à la production avec modification des matériaux dans les laboratoires et les usines à petite échelle. Lors de la polymérisation des stratifiés, une pression de consolidation élevée joue ...

Le composite polymère renforcé de fibres (FRP) est un type de matériau à haute résistance fabriqué en mélangeant des renforts de fibres et des matrices polymères 1,2,3. Il est largement utilisé dans les industries aérospatiales 4,5,6, de la construction7,8, de l’automobile 9 et de la marine10,11 en raison de sa faible densité, de sa rigidité et de sa résistance spécifiques élevées, de ses propriétés de fatigue et de son excellente résistance à la corrosion. Les fibres synthétiques courantes comprennent les fibres de carbone, les fibres de verre et les fibres d’aramide12. La fibre de verre a été choisie pour l’étude dans cet article. Par rapport à l’acier traditionnel, les stratifiés composites de renfort en fibre de verre (GFRP) sont plus légers, avec moins d’un tiers de la densité, mais peuvent atteindre une résistance spécifique plus élevée que l’acier.
Le processus de préparation du FRP comprend le moulage par transfert de résine assisté par vide (VARTM)13, l’enroulement filamentaire (FW)14 et le moulage préimprégné, en plus de nombreux autres procédés de fabrication avancés15,16,17,18. Par rapport à d’autres procédés de préparation, le procédé de laminage à la main/sac sous vide humide (WLVB) présente plusieurs avantages, notamment des exigences d’équipement simples et une technologie de processus simple, et les produits ne sont pas limités par la taille et la forme. Ce procédé a un haut degré de liberté et peut être intégré au métal, au bois, au plastique ou à la mousse.
Le principe du procédé WLVB est d’appliquer une plus grande pression de formage à travers des sacs sous vide pour améliorer les propriétés mécaniques des stratifiés préparés ; La technologie de production de ce procédé est facile à maîtriser, ce qui en fait un procédé de préparation de matériaux composites économique et simple. Ce processus est entièrement manuel et il est grandement influencé par les compétences du personnel de préparation. Par conséquent, les produits sont sujets à des défauts tels que des vides et des épaisseurs inégales, ce qui entraîne des qualités et des propriétés mécaniques instables du stratifié. Par conséquent, il est nécessaire de décrire en détail le processus WLVB, de contrôler finement les étapes et de quantifier la proportion du matériau, afin d’obtenir une grande stabilité des propriétés mécaniques des stratifiés.
La plupart des chercheurs ont étudié le comportement quasi-statique 19,20,21,22,23 et dynamique 24,25,26,27,28, ainsi que la modification des propriétés 29,30 des matériaux composites. Le rapport de fraction volumique de la fibre à la matrice joue un rôle crucial dans les propriétés mécaniques du stratifié FRP. Dans une plage appropriée, une fraction volumique plus élevée de fibre peut améliorer la résistance et la rigidité du stratifié FRP. Andrew et al.31 ont étudié l’effet de la fraction volumique des fibres sur les propriétés mécaniques d’échantillons préparés par le procédé de fabrication additive par modélisation par dépôt de fil fondu (FDM). Les résultats ont montré que lorsque la fraction volumique des fibres était de 22,5 %, l’efficacité de la résistance à la traction atteignait son maximum, et une légère amélioration de la résistance était observée lorsque la fraction volumique des fibres atteignait 33 %. Khalid et al.32 ont étudié les propriétés mécaniques de composites continus renforcés de fibres de carbone (CF) imprimés en 3D avec diverses fractions volumiques de fibres, et les résultats ont montré que la résistance à la traction et la rigidité étaient améliorées avec l’augmentation de la teneur en fibres. Uzay et al.33 ont étudié les effets de trois méthodes de fabrication - la stratification manuelle, le moulage par compression et l’ensachage sous vide - sur les propriétés mécaniques du polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC). La fraction volumique des fibres et le vide des stratifiés ont été mesurés, des essais de traction et de flexion ont été effectués. Les expériences ont montré que plus la fraction volumique des fibres est élevée, meilleures sont les propriétés mécaniques.
Les vides sont l’un des défauts les plus courants du stratifié FRP. Les vides réduisent les propriétés mécaniques des matériaux composites, telles que la résistance, la rigidité et la résistance à la fatigue34. La concentration des contraintes générées autour des vides favorise la propagation des micro-fissures et réduit la résistance d’interface entre l’armature et la matrice. Les vides internes accélèrent également l’absorption d’humidité du stratifié FRP, ce qui entraîne un décollement de l’interface et une dégradation des performances. Par conséquent, l’existence de vides internes affecte la fiabilité des composites et limite leur large application. Zhu et al.35 ont étudié l’influence de la teneur en vide sur les propriétés de résistance au cisaillement interlaminaire statique des stratifiés composites CFRP et ont constaté qu’une augmentation de 1 % de la teneur en vide allant de 0,4 % à 4,6 % entraînait une détérioration de 2,4 % de la résistance au cisaillement interlaminaire. Scott et al.36 ont présenté l’effet des vides sur le mécanisme d’endommagement dans les stratifiés composites CFRP soumis à une charge hydrostatique à l’aide de la tomodensitométrie (TDM) et ont constaté que le nombre de vides est de 2,6 à 5 fois supérieur au nombre de fissures réparties aléatoirement.
Des stratifiés FRP de haute qualité et fiables peuvent être fabriqués à l’aide d’un autoclave. Abraham et al.37 ont fabriqué des stratifiés à faible porosité et à haute teneur en fibres en plaçant un assemblage WLVB dans un autoclave avec une pression de 1,2 MPa pour le durcissement. Néanmoins, l’autoclave est un équipement volumineux et coûteux, ce qui entraîne des coûts de fabrication considérables. Bien que le procédé de transfert de résine assisté par le vide (VARTM) soit utilisé depuis longtemps, il a une limite en termes de coût en temps, un processus de préparation plus compliqué et plus de consommables jetables tels que les tubes de dérivation et les milieux de dérivation. Par rapport au procédé WL, le procédé WLVB compense une pression de moulage insuffisante grâce à un sac sous vide à faible coût, absorbant l’excès de résine du système pour augmenter la fraction volumique des fibres et réduire la teneur en pores internes, améliorant ainsi considérablement les propriétés mécaniques du stratifié.
Cette étude explore les différences entre le processus WL et le processus WLVB, et détaille le processus méticuleux du processus WLVB. La teneur en volume de fibres des stratifiés a été calculée par la méthode de la formule, et les résultats ont montré que la teneur en volume de fibres des stratifiés WL était de 42,04 %, tandis que celle des stratifiés WLVB était de 57,82 %, en hausse de 15,78 %. Les propriétés mécaniques des stratifiés ont été caractérisées par des essais de traction et d’impact. Les résultats expérimentaux ont révélé qu’avec le procédé WLVB, la résistance et le module des stratifiés ont été augmentés de 17,4 % et 16,35 %, respectivement, et l’énergie spécifique absorbée a été augmentée de 19,48 %.

<table><tbody><tr><td>tissu respirant</td> Easy composites <td>BR180</td><td></td>machine <td>d’essai d’impact</td></tr><tr>de<td>chute de poids</td><td>Instron</td><td>9340</td><td></td></tr><tr><td>Matrice époxy</td><td>Axson Technologies</td><td>5015/5015</td><td></td></tr><tr>fibre<td>de verre</td><td>Weihai Guangwei Composites</td><td>W-9311</td><td></td></tr><tr><td>film antiadhésif non poreux</td><td>Easy composites</td><td>R240</td><td></td></tr><tr><td>Peel ply& nbsp ;</td><td>Sino Composite</td><td>CVP200</td><td></td></tr><tr><td>film perforé libéré</td><td>Easy composites</td><td>R120-P3</td><td></td></tr><tr><td>machine d’essai</td><td>ZwickRoell</td><td>250kN</td><td></td></tr><tr><td>film</td><td>sous vide Easy composites</td><td>GVB200</td><td></td></tr></tbody></table>

mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

Le procédé traditionnel de stratification à la main humide (WL) a été largement appliqué dans la fabrication de stratifiés composites à fibres. Cependant, en raison de l’insuffisance de la pression de formage, la fraction massique de la fibre est réduite et de nombreuses bulles d’air sont piégées à l’intérieur, ce qui entraîne des stratifiés de mauvaise qualité (faible rigidité et résistance). Le procédé de stratification à la main humide/sac sous vide (WLVB) pour la fabrication de stratifiés composites est basé sur le processus traditionnel de stratification à la main humide, utilisant un sac sous vide pour éliminer les bulles d’air et fournir de la pression, puis effectuant le processus de chauffage et de durcissement. 
Par rapport au processus traditionnel de stratification manuelle, les stratifiés fabriqués par le procédé WLVB présentent des propriétés mécaniques supérieures, notamment une meilleure résistance et rigidité, une fraction volumique de fibre plus élevée et une fraction volumique de vide plus faible, qui sont tous des avantages pour les stratifiés composites. Ce processus est entièrement manuel et il est grandement influencé par les compétences du personnel de préparation. Par conséquent, les produits sont sujets à des défauts tels que des vides et des épaisseurs inégales, ce qui entraîne des qualités et des propriétés mécaniques instables du stratifié. Par conséquent, il est nécessaire de décrire finement le processus WLVB, de contrôler finement les étapes et de quantifier les rapports de matériaux, afin de garantir les propriétés mécaniques des stratifiés. 
Cet article décrit le processus méticuleux du procédé WLVB pour la préparation des stratifiés composites de renfort en fibre de verre (GFRP) tissés à motifs simples. La teneur en volume de fibres des stratifiés a été calculée à l’aide de la méthode de la formule, et les résultats calculés ont montré que la teneur en volume de fibres des stratifiés WL était de 42,04 %, tandis que celle des stratifiés WLVB était de 57,82 %, en augmentation de 15,78 %. Les propriétés mécaniques des stratifiés ont été caractérisées à l’aide d’essais de traction et d’impact. Les résultats expérimentaux ont révélé qu’avec le procédé WLVB, la résistance et le module des stratifiés ont été augmentés de 17,4 % et 16,35 %, respectivement, et l’énergie spécifique absorbée a été augmentée de 19,48 %.

Le tableau 1 indique la fraction volumique des fibres, l’épaisseur moyenne et le processus de fabrication des échantillons. Le G8-WLVB et le G8-WL représentent les stratifiés constitués d’un tissu de verre à 8 plis fabriqué par laminage humide à la main avec et sans le processus de sac sous vide, respectivement. Évidemment, avec l’aide du sac sous vide, les stratifiés ont une augmentation de 15,78 % de la fraction volumique des fibres, ainsi qu’une réduction de 16,27 % de l’épaisseur moyenne.
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Cet article décrit un procédé de fabrication de stratifiés composites à matrice polymère renforcée de fibres obtenus à l’aide de la méthode de stratification à la main humide / sac sous vide.

Mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

Nos recherches se concentrent sur l’amélioration de la ténacité d’interface et de la résistance altérée des composites à fibres. Nous essayons d’améliorer la résistance altérée des composites à fibres en incorporant des nanoparticules. L’un des défis les plus courants dans la fabrication de composites à fibres est le manque de répétabilité.Grâce à un contrôle précis de la profondeur de fabrication et à la quantification des proportions des matériaux, nous pouvons obtenir des stratifiés aux propriétés mécaniques très stables. Cette approche garantit des résultats de test hautement reproductibles sur différents lots. Le procédé eWLB pour la fabrication de stratifiés composites utilise un sac sous vide pour éliminer les bulles d’air.Par rapport à d’autres processus, ce processus présente de nombreux avantages. Cela nécessite un équipement simple, implique des technologies de processus qui ne sont pas compliquées, et les produits ne sont pas non plus limités par la taille ou la forme.

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Mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication (Vidéo) | JoVE Journal

Mesure des propriétés mécaniques des stratifiés composites polymères de renfort en fibre de verre obtenus par différents procédés de fabrication

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