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Résumé thèse Thomas POUMADÈRE

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Etude du couplage procédé/propriétés du matériau à fibres discontinues de carbone et à matrice époxy mis en oeuvre par un procédé innovant d'injection/transfert

 

Thomas POUMADÈRE - 8 février 2013

Les matériaux composites sont aujourd'hui largement utilisés dans le domaine aéronautique. Leurs hautes performances mécaniques combinées à leur légèreté sont leurs principaux atouts pour concurrencer les matériaux métalliques. Il est cependant aujourd'hui difficile de fabriquer en série des pièces ayant des formes tridimensionnelles complexes destinées à des applications structurales aéronautiques. La tendance actuelle pour remplir ces fonctions est de privilégier des structures métalliques usinées dans la masse ou parfois forgées.
Les procédés d'injection de polymères thermoplastiques chargés de fibres courtes (longueur allant de 100 µm à 1 mm) sont bien connus tant d'un point de vue de leur mise en forme par injection que de celui de la prévision de leurs propriétés mécaniques. En revanche, peu d'études ont été effectuées sur les procédés de fabrication de composites à fibres longues et à matrice thermodurcissable et aucun procédé d'injection de polymères thermodurcissables fortement chargés (Vf > 50%) de fibres longues discontinues n'a pu être recensé. La difficulté majeure dans la mise en oeuvre de tels procédés réside dans l'écoulement de la matière fortement chargée de fibres sur plusieurs dizaines de millimètres pour remplir le moule.
La société Equip'Aéro Technique a initié des travaux de recherche portant sur le développement d'un nouveau procédé de fabrication de pièces composites à fibres longues (> 1mm) discontinues et à matrice thermodurcissable par injection-transfert. Ce procédé, appelé PIMOC (Pièces Moulées en Composites), destiné à de la moyenne série, permet de réaliser en une seule étape et de façon automatisée des pièces composites ayant des formes tridimensionnelles sans usinage.
Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA et en collaboration avec Equip'Aéro Technique, le procédé innovant d'injection-transfert a été mis au point et fiabilisé. Ses paramètres principaux ont été identifiés. Les singularités du comportement mécanique du matériau à fibres discontinues fabriqué par ce procédé ont été mises en évidence. L'influence des paramètres de fabrication sur les propriétés du matériau a été établie. Les propriétés mécaniques ont ainsi pu être d'optimisées. Enfin, un modèle de comportement élastique endommageable avec rupture et basé sur une approche multi-critères a été développé dans le but d'initier une métholodogie de dimensionnement de pièces composites à fibres discontinues. Ces critères d'endommagement et de rupture ont été développés en accord avec les observations du comportement mécanique du matériau. L'ensemble des résultats expérimentaux et numériques a été appliqué à la fabrication et au dimensionnement d'un démonstrateur technologique.

Mots-clés : Composites à fibres longues discontinues, procédé d'injection-transfert, optimisation de procédé, endommagement, modèles micromécaniques