Étude de la zone sèche

2.3.4.1 Formation de la zone sèche

Le même type de zone sèche avait été observé dans des études précédentes sur le procédé d’injection flexible, comme montré dans le Chapitre 1. La forme de la zone sèche et sa position proche de l’évent laissaient penser qu’elle était formée par emprisonnement d’air. Basés sur ces observations, la succession d’évènements amenant à la création de la zone sèche a été décrite sur la Figure 2-8.

Figure 2-8 : Illustration des évènements amenant à la formation de la zone sèche.

Tout d’abord, le renfort non préformé est naturellement très épais, il occupe donc une épaisseur supérieure à celle de la cavité d’injection. De plus, lors du chauffage du moule pour atteindre la température de fabrication, il se peut que le renfort se décompacte (appelée décompaction à sec) (1). Durant l’injection de la résine, le renfort peut subir une deuxième décompaction due à la lubrification par la résine (appelée décompaction lubrifiée) (2). Ceci a pour effet de réduire l’espace libre entre le renfort et la membrane. Ensuite, le fluide de compaction est injecté et pousse la résine

tel qu’illustré dans le cas idéal (voir Figure 1-5). Cependant, la résine a peu d’espace pour progresser vers l’évent dans l’espace libre au-dessus de la préforme, elle doit donc progresser dans le renfort, ce qui est plus long. La progression du front du fluide de compaction dans la cavité de compaction étant plus rapide, le front du fluide de compaction fini par dépasser celui de la résine. À partir de ce moment, le fluide de compaction compacte le renfort non imprégné proche de l’évent, réduisant ainsi sa perméabilité. La membrane étant en contact avec le renfort, l’imprégnation transverse n’est plus possible et devient longitudinale. Comme la perméabilité du renfort a chuté, la résine atteint l’évent du moule en passant par des canaux préférentiels sur les bords du moule et enferme une zone sèche. Une fois le tuyau d’évent fermé, la taille de la zone sèche diminue car l’imprégnation du renfort se poursuit sous l’effet combiné des forces visqueuses (car la résine est sous pression) et des effets capillaires. Il faut noter qu’il est possible de limiter la décompaction à sec en appliquant une pression sur le renfort avec la membrane pendant le chauffage du moule. Il faudra quand même enlever cette pression au moment d’injecter la résine, ce qui fait qu’une certaine décompaction à sec sera possible.

2.3.4.2 Influence des paramètres de fabrication

Il est d’abord intéressant de comprendre l’influence des paramètres de fabrication sur la taille de la zone sèche. L’effet de Vf et de Pv est décrit sur la Figure 2-9, montrant que la taille de la zone sèche augmente quand Vf augmente et quand Pv diminue (i.e. quand le vide est moins complet).

Figure 2-9 : Évolution du volume de la zone sèche avec Vf (pièces fabriquées avec Pc = 600 kPa et Pv = -95 kPa) (a) et avec Pv (pièces fabriquées avec Pc = 600 kPa et Vf = 62 %) (b). Deux hypothèses peuvent ici être formulées pour expliquer ces résultats. Premièrement, augmenter

Vf revient à diminuer la quantité de résine injectée. Le croisement des fluides aurait alors lieu plus tôt, créant une zone sèche initiale plus grande. Deuxièmement, augmenter Vf pour une Pc constant revient à diminuer Pr, ce qui aura tendance à ralentir l’imprégnation de la résine dans la zone sèche. Le fait que l’augmentation de Pv diminue la taille de la zone sèche va aussi dans ce sens. Finalement, s’il y a imprégnation dans cette zone, alors il devrait être possible de retirer la zone sèche en laissant le temps à la résine d’imprégner la totalité de la zone sèche. Par conséquent, allonger le temps de solidification de la résine devrait permettre de l’éliminer.

2.3.4.3 Effet du temps de gel

Afin de confirmer l’affirmation précédente, la même résine a été reformulée avec moins de catalyseur pour tripler son temps de solidification. Deux pièces ont alors été fabriquées avec cette nouvelle résine, avec les mêmes paramètres de fabrication que dans le précédent plan d’expériences. Ces fabrications sont détaillées dans le Tableau 2-2.

Tableau 2-2 : Comparaison des plaques avec la résine originale et la résine reformulée (*).

Nom pièce Vfcible (%) Pc (kPa) Pv (kPa) Volume zone sèche (cm3₎ P2_60_6_95 60 600 -95 0.44 P2*_58_6_95 60 600 -95 0.0 P2_62_6_0 62 600 0 9.8 P2*_62_6_0 62 600 0 ≈ 0.0

Les deux nouvelles plaques n’ont subi qu’une inspection visuelle car la zone sèche a été enlevée dans les deux cas. Il existe une très petite zone sèche pour la pièce P2*_62_6_0, mais sa taille n’est pas mesurable. La Figure 2-10 montre la différence entre deux plaques avec un temps de gel court et long.

Figure 2-10 : Photos des plaques avec résine originale (a) et résine reformulée (b) avec les mêmes paramètres de fabrication (Pc = 600 kPa, Vf = 62 %, Pv = 0 kPa).

Augmenter le temps de gel permet donc de réduire ou d’enlever la zone sèche. Ce n’est cependant pas une solution idéale car ceci rallonge le temps de fabrication. De plus, l’imprégnation longitudinale dans cette zone est dominée par la capillarité qui tend à emprisonner des vides macroscopiques. Il se peut donc que cette zone soit de moins bonne qualité que le reste de la pièce imprégnée à travers l’épaisseur, mais ce point n’a pas été vérifié.

L’apparition des zones sèches réduit la fenêtre de paramètres de fabrication acceptables du procédé d’injection flexible. Cependant, ni l’augmentation de Pr ou du temps de gel ne sont des solutions acceptables car elles n’enlèvent pas le croisement des fluides et l’imprégnation longitudinale après ce croisement. Afin d’assurer une imprégnation transverse sur l’ensemble de la pièce, il faudrait empêcher la préforme de se décompacter lors du chauffage du moule et de l’injection de la résine. De plus, il faudrait contrôler l’espace entre la préforme et la membrane pour amener la résine plus près du port d’évent lors de l’injection de la résine, puis permettre à la résine de circuler plus rapidement que le fluide de compaction. Le préformage peut donner les propriétés requises au renfort à cette fin.