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Étude de la compaction et du préformage de renforts à fibres unidirectionnelles de lin retenues par un liant papier ou mat

Mbakop Rodrigue Stéphane. (2020). Étude de la compaction et du préformage de renforts à fibres unidirectionnelles de lin retenues par un liant papier ou mat. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

De nos jours, les renforts à fibres naturelles font l’objet de nombreux développements tant dans l’industrie qu’en recherche. L’objectif ultime étant d’augmenter considérablement la proportion de composites à base de fibres naturelles biodégradables dans la fabrication des pièces industrielles. Les procédés de moulage par transfert de résine ou par infusion de résine sont parmi les plus utilisés. Dans ces procédés, la compaction et la capacité du renfort à épouser la géométrie du moule avec le moins de défauts possibles (conformation à des géométries à double courbure) lors de l’étape du préformage ont une importance significative dans la production des préformes sèches complexes et la qualité des pièces fabriquées. Ce rapport étudie la réponse en compaction planaire et le préformage de deux renforts fabriqués à partir de fils unidirectionnels de lin alignés et maintenus ensemble par une fine couche de fibres courtes de lin ou de pâte kraft. Des essais de compaction planaire ont été réalisés afin d'évaluer l'influence de la température du moule, de la pression, de l'humidité et du nombre de couches de renforts sur la compaction et la qualité des préformes 3D. Des composites moulés à l’aide d’une résine époxyde et à partir des renforts compactés suivant certaines valeurs de paramètres de préformage (humidité et température) ont été testés mécaniquement. Finalement, les effets d’un traitement ignifuge sur la compaction des renforts et les propriétés mécaniques des composites ont été investigués. Il semble que la température, la pression et l'humidité augmentent la déformation permanente alors que le nombre de couches agit inversement. De plus, les préformes fabriquées à chaud et à l'état humide ont une meilleure stabilité dimensionnelle (dimensions et géométrie) que les préformes obtenues à sec et à température ambiante. À taux volumiques de fibres constant de 45 %, la compaction à chaud des renforts (secs ou humides) conduit à une augmentation de la résistance en traction et en flexion mais n’a pas d’effet significatif sur le module en traction. La phosphorylation des fibres entraine une baisse de la résistance en traction du composite.

Nowadays, natural fiber reinforcements are the subject of numerous developments both in industry and in research. The goal is to significantly increase the proportion of biodegradable natural fiber composites in the manufacturing of industrial parts. Resin transfer molding (RTM) or resin infusion (RI) are among the most commonly used processes. In these processes, the compaction and the capacity of the reinforcement to conform to the geometry of the mold (conformation to double curvature geometries) with the least possible defects during the preforming step have a significant importance in the production of the dry complex preform and the quality of manufactured parts. This report investigates the planar compaction response and preforming of two reinforcements made from unidirectional flax yarn aligned and held together by a thin layer of short flax fibers or kraft pulp. Planar compaction tests were conducted to evaluate the influence of mold temperature, pressure, humidity and number of reinforcement layers on the compaction and quality of the 3D preforms. Composites molded samples from epoxy resin and the reinforcements compacted according to certain values of preforming parameters (humidity and temperature) were mechanically tested. Finally, the effects of a flame-retardant treatment on compaction of reinforcements and the mechanical properties of composites were investigated. It seems that temperature, pressure and humidity increase the permanent deformation while the number of layers acts inversely. In addition, preforms made under hot and wet conditions have better dimensional stability (dimensions and geometry) than preforms obtained under dry and room temperature preforming. At a fiber volume ratio of 45 %, the hot compaction of the reinforcements (dry or wet) leads to an increase in tensile and flexural strength but has no significant effect on the tensile modulus of composites. Phosphorylation of the fibers causes a decrease in the tensile strength of the composite.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:Février 2020
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:190
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie chimique
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie mécanique
Sciences naturelles et génie > Sciences naturelles > Chimie
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Lebrun, Gilbert
Brouillette, François
Mots-clés:compaction, fibres naturelles, matériaux composites, moulage par transfert de résine, préformage, propriétés mécaniques
Déposé le:12 mars 2020 09:17
Dernière modification:24 mars 2020 17:33
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