Optimisation de la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) des matériaux composites fabriqués par LRI en fonction des paramètres de fabrication^*

Optimization of Interlaminar Shear Strength (ILSS) of composites materials made by Liquid Resin Infusion (LRI) according to the manufacturing parameters

¹ Université de Toulouse INSA, UPS, Mines Albi, ISAE ; ICA (Institut Clément Ader), France
e-mail : anjionho@mines-albi.fr
² École des Mines Albi, Campus Jarlard, 81013 Albi Cedex 09, France
e-mail : florentin.berthet@mines-albi.fr
³ INSA, 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse, France
e-mail : bruno.castanie@isae.fr

Reçu : 3 Septembre 2009
Accepté : 22 Avril 2010

Résumé

La technique de fabrication de composites par infusion de résine (LRI : liquid resin infusion) consiste en l’imprégnation d’une résine liquide à travers l’épaisseur d’une préforme sèche. La compréhension des phénomènes physiques se produisant au cours des procédés d’infusion de résine sous vide a permis d’identifier les paramètres de fabrication qui ont le plus d’effets sur la variation des propriétés mécaniques des structures composites mises en œuvre. Ces paramètres sont classés en trois groupes : la texture du renfort, la configuration du procédé et les températures du procédé. Un plan d’expérience a été conçu pour comprendre les relations qui existent entre les paramètres de fabrication et les propriétés mécaniques des composites infusés. Cette étude a pour finalité de proposer et d’optimiser les propriétés mécaniques des composites carbone quadri axiaux NCF (non-crimp-fabric)/époxy RTM 6 en jouant sur les paramètres liés au procédé LRI. Dans cette recherche, les influences et les effets de ces paramètres sur la résistance au cisaillement interlaminaire (RCIL) et la fraction volumique en porosités V_p des structures fabriquées sont analysés de manière statistique. L’étude a montré une croissance de V_p en fonction de l’augmentation de la température du moule ainsi que de la température de réticulation de la résine. Le taux de porosités dans les composites infusés augmente lorsque le nombre de couches de carbone NCF constituant la préforme croît. Ce dernier résultat se vérifie en prenant en considération le nombre de couches de carbone NCF de manière unique comme paramètre d’influence, mais aussi lorsque celui-ci est en interaction avec le nombre de couches de tissu drainant la résine le long de la pièce au cours du processus d’infusion. Les résultats des analyses ont prouvé que les propriétés en cisaillement interlaminaire (RCIL) sont influencées par le taux de porosités du matériau.

Abstract

The liquid resin infusion (LRI) process is a composite manufacturing technique where liquid resin infuses through the thickness of the preform reinforcement. Understanding the physical phenomena occurring during vacuum infusion process (VIP) allowed to identify the manufacturing parameters that have the largest effects on the variation of mechanical properties of composite structures. These parameters are classified by tree sets: texture reinforcement, process configuration and process temperatures. An experimental plan was designed to identify the relationship between the manufacturing parameters and mechanical properties of infused composites. The goal of this study is to propose and optimize the mechanical properties of quadri axial carbon non-crimp-fabric (NCF)/epoxy RTM 6 composites according to the LRI process parameters. In this research, influences and effects of these parameters on the Interlaminar Shear Strength (ILSS) and the void content V_p of structures made were analysed statistically. Results showed the increase of V_p depending on increasing of mould temperature and increasing of curing temperature of epoxy RTM 6 resin. Void content inside infused composites increases when, the number of carbon NCF layers which constitutes the preform reinforcement increases. This last result is confirmed with the consideration of the number of carbon NCF layers in a unique manner like a influenced process parameter. This result is verified also when the number of NCF layers is in interaction between number of high porous media (HPM) layers fabric. This fabric helps draining resin along the length of structure during the process. The analysis proved that the Interlaminar shear properties are influenced by void content.