Moulage sous videLe moulage sous vide est un procédé de mise en forme des matériaux composites.[modifier]Mode opératoireLe...
Note :Pour des raisons de sécurité, le port de bijoux (bague, montre, bracelet…) estdéconseillé.THÉORIE :Polymérisation de...
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• Lunettes de sécurité;• Survêtement de protection.LAMINÉS :Le Tableau 1 présente la configuration des laminés associé à c...
2. Masquer le contour du moule { l’aide de deux épaisseurs de ruban masque;3. Appliquer l’agent démoulant FREKOTE 700-NC s...
12. Ajouter à la résine époxy la quantité de durcisseur requis;13. Mélanger la résine en évitant d’y faire entrer de l’air...
pour assurer une bonne prise lors de l’arrachage. Éviter de faire des plis;21. Déposer le film perforé sur la pièce en évi...
31. Sur un ruban masque, identifier la pièce par votre numéro d’équipe;32. Nettoyage :32.1. démonter les rouleaux à débull...
Q.4. Quelle est l’utilité de faire une post-cuisson des pièces de composites ?Q.5. Quel défaut de fabrication d’une pièce ...
Tableau 2 : Préparation de la résine (Quantité théorique et pratique)Constituants Proportions MasseÉpoxy 100Durcisseur 28T...
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Moulage sous vide

  1. 1. Moulage sous videLe moulage sous vide est un procédé de mise en forme des matériaux composites.[modifier]Mode opératoireLe mode opératoire est le même que le moulage au contact sauf que la stratification est misesous vide par la suite à laide de consommables drainants, dune bâche étanche, de joints, detuyaux et dune pompe à vide (liste non exhaustive).On obtient alors un composite de meilleure qualité quavec le moulage au contact, le taux defibre est supérieur car lexcès de résine est aspiré par la dépression créée lors de la mise sousvide.LABORATOIRE DE MOULAGE SOUS VIDEIMPORTANT :• Vous devez avoir lu le laboratoire avant de vous présenter au A-4402.• Le non respect des consignes entrainera un renvoi du laboratoire et une note de 0.OBJECTIFS :• Apprendre les notions de base sur la formulation des résines et se familiariseravec les caractéristiques des résines qui influencent le moulage ;• Appliquer le procédé de fabrication des composites par moulage contact etmoulage sous vide ;LIEU ET DATE DU LABORATOIRE :Laboratoire de matériaux composites de l’ÉTS, Local A- 4401.Semaine 7 8 9 10 11 12date 24-oct. 25-oct. 31-oct. 01-nov. 07-nov. 08-nov. 14-nov. 21-nov. 28-nov.groupe 1 3 2 3 1 3 2 1 2équipeAM/PM AM PM PM PM AM PM PM AM PMAM : 10h45 à 13h, PM : 15h45 à 18h.
  2. 2. Note :Pour des raisons de sécurité, le port de bijoux (bague, montre, bracelet…) estdéconseillé.THÉORIE :Polymérisation des résinesLes polymères sont la principale forme de matrice utilisée dans la fabrication des piècesde matériaux composites. Par conséquent, pour œuvrer dans la mise en forme descomposites, il est important de connaître quelques éléments de base au sujet de laformulation des résines. Quelques généralités sur les polymères seront d’abordprésentées puis les notions de gel et de durcissement seront abordées. Les référencesprésentées { la fin de l’énoncé comportent aussi des notions qui seront très utiles pourcompléter ce laboratoire.GénéralitésLes polymères sont constitués de molécules, appelées monomères, qui s’unissent entreelles pour former un réseau amorphe ou structuré de chaînes plus ou moins longues etcycliques. Il existe donc des polymères naturels (cellulose, ambre, ADN…) ou TCH 006 -MatériauxLaboratoire de moulage sous vide2/15synthétiques (plastiques, élastomères…) qui sont généralement catégorisés selon deuxgrandes familles, soit les thermoplastiques et les thermodurcissables.Les thermoplastiques sont des polymères qui sont solides à température ambiante, maisqui perdent leur rigidité au-del{ d’une certaine température et retournent { l’état fluide sila température est suffisamment élevée. Ils ont la possibilité d’être déformés et reforméssans qu’il y ait d’altération des propriétés finales du polymère. Donc, ils ont la possibilitéd’être recyclés.Les thermodurcissables, quant à eux, sont formés par une réaction exothermiqueirréversible et n’ont pas la possibilité d’être refondus après la polymérisation. Commepour les thermoplastiques, ils subiront une diminution de rigidité à haute température,mais ils seront dégradés de manière permanente ou brûlés avant de fondre. Par
  3. 3. conséquent, ils ne sont pas recyclables.Gel et durcissement des résinesPour permettre la mise en forme des composites, les résines doivent être fluides afind’assurer une bonne imprégnation des tissus de renforts. Toutefois, dès que les résinessont formulées, leur viscosité augmente. Ainsi, le temps de travail associé à une résineest limité par la vitesse à laquelle cette augmentation de viscosité se produit, aussi appelédegré de polymérisation. Généralement, il est beaucoup plus difficile de travailler avecune résine qui a doublé en viscosité. On considère généralement deux étapes en ce quiconcerne le changement de viscosité des résines.Premièrement, la viscosité augmente progressivement jusqu’{ ce que la résine prenne laconsistance d’un gel, cest-à-dire qu’elle ne se comporte plus comme un fluide et qu’ellene peut plus s’écouler. Après la gélification, les possibilités de mise en forme sont trèslimitées, mais il n’est pas encore possible de manipuler la pièce moulée. Par contre, lesmolécules ont toujours assez de mobilité pour réagir entre elles et la réaction chimique sepoursuit. Pour savoir si la résine est gélifiée, il suffit de planter une tige de bois dans lepot et de la retirer. Si la résine adhère au bâton, elle est toujours fluide, autrement, le gelest formé. En général, à cette étape la réaction devient fortement exothermique.Ensuite, la chaleur produite par la réaction est importante. Cette augmentation del’énergie disponible accélère la polymérisation et le durcissement de la résine en facilitantla circulation des molécules. Cependant, à mesure que le durcissement se produit, lamobilité des molécules est réduite jusqu’{ ce que l’énergie thermique ne soit plussuffisante pour entretenir la réaction. Lorsque la réaction est terminée, elle cesse deproduire de la chaleur et la résine a atteint son durcissement maximal à températureambiante. Selon la formulation utilisée, la pièce pourra être manipulée ou devra subirune cuisson additionnelle pour permettre d’obtenir des propriétés adéquates.Plusieurs facteurs influencent le temps de travail, de gel et de durcissement des résines.Les plus importants sont : la nature du polymère, la température ambiante et la quantitéde résine mélangée. Ainsi, une température plus élevée ou une masse de résine plus
  4. 4. importante favoriseront la polymérisation et réduiront le temps de travail. On peut engénéral considérer qu’une augmentation de dix degrés Celsius réduit le temps de gel demoitié. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide3/15Mise en forme des compositesLe procédé de mise en forme est un élément important dans la réalisation d’une pièce decomposite puisque celui-ci aura une influence beaucoup plus marquée sur lesperformances que pour les matériaux traditionnels. En effet, le taux de renforts, le tauxde vide ainsi que la qualité de l’imprégnation sont des indices de performance descomposites et sont fortement influencés par le procédé de fabrication et l’opérateur.Lors de la mise en forme, l’objectif général est de maximiser le taux de renfort, deminimiser le taux de vide en plus d’assurer une bonne imprégnation des renforts etl’uniformité du moulage. Le procédé le plus élémentaire est le moulage contact, oùl’opérateur applique les plis de renforts un par un et les imbibe de résine manuellement.Toutefois, les limites de cette méthode sont évidentes. En plus d’être très sensible {l’expérience du travailleur, cette méthode ne permet pas un bon contrôle de la quantité derésine et présente des risques d’emprisonner des poches d’air dans le moulage. Plusieurssolutions existent pour améliorer ce processus, comme le moulage sous vide qui seraétudié ici.Le moulage sous videLe moulage sous vide est une variante du moulage contact. Il permet d’obtenir des piècesplus performantes que ce dernier sans pour autant nécessiter l’acquisition de matériel trèscoûteux ou très spécialisé. Souvent, il est même possible de conserver les moules utiliséspour le moulage contact lors du passage vers le moulage sous vide. Il suffit de s’assurerde l’étanchéité du moule et de le modifier de manière { avoir un rebord permettant desceller la pièce. Le laminage initial de la pièce est effectué comme dans le cas dumoulage contact. Toutefois, une fois le moulage complété, la pièce est ensachée et mise
  5. 5. sous vide jusqu’{ ce qu’elle soit consolidée (polymérisation de la résine) et prête {démouler. La Figure 1 illustre le schéma de principe du moulage sous vide.Figure 1 : Schéma de montage du moulage sous vide (tiré de Réf. [2])Les avantages procurés par cette méthode sont principalement :• augmentation du taux de renforts (vfde 45 %) ;• amélioration de l’adhésion entre les plis;• extraction de l’air emprisonnée dans le laminé;• amélioration du contrôle de l’épaisseur du laminé; TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide4/15• ajustement des plis pour épouser le moule;• réduction des émanations toxiques.Certains problèmes sont toutefois liés { l’utilisation de cette méthode. Parmi ceux-ci, oncompte :• augmentation des déchets générés;• accroissement du nombre de manipulations lors de la fabrication et compétencesadditionnelles des opérateurs ;• risque de vaporisation des solvants des résines engendrant une augmentation dutaux de vides;• augmentation de la taille des bulles d’air restantes dans le laminé. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide5/15LISTE DE MATÉRIELJetable• acétone;• agent démoulant FREKOTE700-NC;
  6. 6. • bâtonnets de bois;• tissu cousu unidirectionnel etmat (UMA121010);• gobelets de carton;• membranes;ƒ feutre de drainage(breather/bleeder cloth);ƒ film perforé (release film);ƒ sac à vide (bagging film);ƒ tissu d’arrachage (peel-ply);• résine époxyƒ ProBuildƒ durcisseurProBuilt SLOW;• ruban { masquer;• ruban scellant (tacky tape);Réutilisable• balance (précision aux 0,01 gminimum);• calculatrice;• ciseaux;• connecteur { vacuum;• manomètre { vide;• moule (plaque métallique);• pinceaux { soies dures;• pompe { vide;• rouleaux débulleur;Protection• Gants de protection;
  7. 7. • Lunettes de sécurité;• Survêtement de protection.LAMINÉS :Le Tableau 1 présente la configuration des laminés associé à chacune des équipes. Lenombre de plis, le type de renforts et la résine utilisée pour chacun des laminés y sontindiqués.Tableau 1 : Construction des laminésRenforts Matrice ConstructionPression deconsolidation(po Hg)tissu cousuunidirectionnel etmat(UMA121010)Époxy ProBuiltDurcisseur ProBuiltSLOW(28 PHR)5 plis[0/mat]5-30 TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide6/15PROCÉDURES :Préparation du moule, des renforts et des membranes1. Nettoyer le moule (plaque métallique) de manière { ce qu’il n’y ait plus derésidus de résine ou de graisse avec un bâtonnet de bois;
  8. 8. 2. Masquer le contour du moule { l’aide de deux épaisseurs de ruban masque;3. Appliquer l’agent démoulant FREKOTE 700-NC sur le moule conformémentà la fiche technique [3] ;4. Couper les renforts { une dimension d’environs25.4 cm x 25.4 cm (10 po x 10 po);5. Couper tous les feutres de drainage et le film perforé à des dimensionsexcédant légèrement 33 cm x 33 cm (13 po x 13 po) celles des renforts.Prévoir six épaisseurs de feutre de drainage sur la pièce ainsi qu’un tamponde six épaisseurs additionnelles sous le connecteur à vide;6. Couper le tissu d’arrachage pour qu’il excède le laminé sur chacun des côtés.Laisser au moins deux centimètres de surplus sur une arête de manière àfaciliter son enlèvement au démoulage ; (13 po x 13 po)7. Couper le sac à vide de manière à excéder légèrement le moule afin qu’ilpuisse le recouvrir en entier 70 cm x 70 cm (28 po x 28 po);8. Retirer le ruban masque et installer le ruban scellant sur le périmètre dumoule ;9. Peser et noter la masse des renforts ;10. Calculer la quantité de résine nécessaire. Les fibres constituent 40-50 % de lamasse du composite avant la mise sous vide. Il faut aussi prévoir unequantité de résine additionnelle pour compenser, entre autres, la résine quidemeure dans les contenants après avoir été transvidée. Pour un grandmoulage, cette perte est faible en proportion de la quantité de résine totale.Par contre, pour un petit moulage comme celui-ci, on peut prévoir jusqu’{50 % de perte (inscrire les quantités à lannexe 1).Préparation de la résine époxy (inscrire les quantités à lannexe 1) :11. Peser la quantité de résine époxy dans un dans un gobelet de carton. Si plusde 300 g de résine sont nécessaires, préparer le mélange dans deuxcontenants;
  9. 9. 12. Ajouter à la résine époxy la quantité de durcisseur requis;13. Mélanger la résine en évitant d’y faire entrer de l’air;Note : Il vous reste moins d’une demi-heure de travail.Note : Lors du brassage de la résine, bien racler les bords et le fond du contenant pourassurer un bon mélange.TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide7/15LaminageNote : lors des manipulations suivantes, prenez bien garde de ne pas étendre de résinesur le ruban scellant sans quoi vous serez incapable d’avoir un montage hermétique.14. Appliquer directement sur le moule une couche de résine relativementuniforme de la taille du tissu avant d’y déposer les premiers renforts;15. En vous aidant d’un rouleau débulleur ou d’un pinceau, déposertranquillement une première couche de renforts en évitant d’emprisonner del’air sous le tissu et y verser de la résine;16. À l’aide du rouleau débulleur et du pinceau { soies dures, imprégnercomplètement votre premier pli en prenant soins de ne pas trop altérerl’orientation des fibres. Lorsque le pli est bien imprégné, sa couleur devraitêtre uniforme et il ne devrait plus absorber de résine si vous en ajoutez;17. Faire en sorte qu’il y ait un peu de résine excédentaire sur le premier pli;18. Laminer la construction un pli à la fois en vous assurant que chacun des plisde renforts soit mouillé complètement et uniformément avant de déposer lepli suivant. Lors du laminage, prendre bien soins de ne pas cisailler oudéformer le tissu en traînant les fibres et éviter de faire des replis. Lors dulaminage du dernier pli, tenter de minimiser l’excès de résine;19. Mettre rapidement les outils souillés de résine dans un bain d’acétone;20. Après le dernier pli, appliquer le tissu d’arrachage de manière { recouvrirtoute la pièce et en vous assurant de laisser un côté dépasser suffisamment
  10. 10. pour assurer une bonne prise lors de l’arrachage. Éviter de faire des plis;21. Déposer le film perforé sur la pièce en évitant de faire des plis;22. Placer les feutres de drainage un à un en évitant les plis. Si l’espace estsuffisant, placer les feutres de l’embout connecteur { l’extérieur de la piècetout en vous assurant que les feutres du connecteur et de la pièce sesuperposent suffisamment pour assurer le drainage de l’air lors de la misesous vide. Poser aussi un tissu d’arrachage sous les feutres de l’embout sicelui-ci est posé à côté de la pièce;23. Installer la base du connecteur sur les feutres de drainage. En industrie, unconnecteur additionnel peut être utilisé pour installer un manomètre. Pourune grande pièce, plusieurs connections à la pompe à vide et plusieursmanomètres peuvent êtres requis pour assurer une pression uniforme sur lelaminé;24. Enlever le papier du ruban scellant sur un seul côté du moule et presser le sacà vide en commençant par le centre. En assurant une légère tension sur lesac, coller les autres côtés en évitant de faire des plis;25. Appuyer fermement le sac sur le ruban scellant. Il est très important que lesac soit hermétique;26. Au niveau de la base de connecteur, percer le sac d’une croix d’environ 1 cm{ l’aide d’un couteau utilitaire;27. Fixer la partie supérieure du connecteur et serrer au maximum;28. Brancher la pompe à vide;29. Ajuster la pression à -30 po.Hg (-1 atm.); TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide8/1530. Chercher des fuites et les colmater avec du ruban scellant. Les fuites sontrepérées par un bruit de sifflement et elles sont parfois visibles puisqu’un sacbien scellé adhère très bien à la plaque;
  11. 11. 31. Sur un ruban masque, identifier la pièce par votre numéro d’équipe;32. Nettoyage :32.1. démonter les rouleaux à débuller (dévisser la vis);32.2. nettoyer les rouleaux à lacétone à laide dune brosse;32.3. rincer les outils propres avec de lacétone propre;32.4.faire le ménage du poste de travail. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide9/15Cette section est { remettre, accompagnée de l’Annexe I, à la fin du laboratoireet sera évaluée.Le résultat du moulage sera aussi évalué pour 10 % de la note du laboratoire.NOMS ET CODE PERMANENT DES MEMBRES DE L’ÉQUIPEQUESTIONS :Q.1. Identifier deux facteurs qui peuvent influencer le temps de gel d’une résine,expliquer quel est leur effet respectif et pourquoi il en est ainsi. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide10/15Q.2. Identifier deux raisons de ne pas mélanger de grandes quantités de résine dans unmême contenant.Q.3. Quels sont les rôles respectifs :a) du tissu d’arrachage ?b) du film perforé ?c) du feutre ?d) du sac à vide ? TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide11/15
  12. 12. Q.4. Quelle est l’utilité de faire une post-cuisson des pièces de composites ?Q.5. Quel défaut de fabrication d’une pièce réalisée par moulage contact est susceptibled’être empiré par la mise sous vide et pourquoi ?Q.6. Pourquoi les matériaux composites sont généralement perçus comme des matériauxde haute performance ?Q.7. Expliquez pourquoi les pièces faites par moulage sous vide devraient être plusperformantes (en théorie) que les pièces faites par moulage contact ? TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide12/15Q.8. En plus du problème identifié à la question 5, indiquez et expliquez deuxdésavantages du moulage sous vide par rapport au moulage contact ?Q.9. Le graphique suivant représente une courbe typique du changement de latempérature d’un thermodurcissable qui polymérise (adapté de Réf. [1]). À quoicorrespondent les trois points du graphique ? Écrire et définir ces trois points. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide13/15Q.10. À quelle famille de polymère la résine époxy appartient-elle (thermoplastique outhermodurcissable) ?Q.11. Identifier et expliquer trois facteurs (humains, matériels et environnementaux) quiinfluencent la qualité d’une pièce de composite et deux difficultés liées { la mise enœuvre des composites. TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide14/15ANNEXE 1 – PRÉPARATION DE LA RÉSINEMasse de renforts : _____________________________________________Masse de résine totale (masse de renforts × 2) : ____________________
  13. 13. Tableau 2 : Préparation de la résine (Quantité théorique et pratique)Constituants Proportions MasseÉpoxy 100Durcisseur 28Total 128 TCH 006 - MatériauxLaboratoire de moulage sous vide15/15ANNEXE 2 – RÉFÉRENCES[1] « Hanbook of composites », dirigé par George Lubin, Van Nostrand ReinholdCompany Inc., 1982.[2] « SP Guide to Composites », disponible en HTML surhttp://www.bolton.ac.uk/CODATE/SPGuidetoComposites.pdf, visité le 9 octobre2009.[3] Fiche technique de l’agent démoulant FREKOTE 700-NC,http://65.213.72.112/tds5/docs/FREK700-NC-EN.PDF, consulté le 9 octobre 2009.[4] Fiche technique résine et durcisseur ProBuild Marine Epoxy Systems;http://www.adtechplastics.com/ADTECH_TECH_SHEETS/Marine%202005/ProBuild%20Tech.pdf, consulté le 9 octobre 2009.[5] « ASM Handbook Online, Volume 21, Composites », disponible par les bases dedonnées de la bibliothèque de l’ÉTS,http://products.asminternational.org/hbk/index.jsp, consulté le

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