Compaction planaire

3.2.3.1 Montage de compaction planaire

La Figure 3.5 présente le montage utilisé pour les essais de compaction planaire tandis que la Figure 3.6 présente le principe de mesure d’épaisseur lors de ces essais. Le montage de compaction est installé sur une machine Instron (modèle LM-U150/I) équipée d’une cellule de charge d’une capacité de 150 kN. Les données de chaque essai réalisé sont enregistrées par un contrôleur muni du logiciel Testloop (v. 4.0.014) produit par Lab Integration Inc. Le montage de la Figure 3.5 comprend :

• Deux plateaux d'acier rigides de dimension 100 cm x 100 cm x 3,81 cm utilisés pour la compaction. Les plateaux sont montés sur la machine d'essai, le plateau supérieur étant solidaire de la traverse mobile de la machine d’essai tandis que le plateau inférieur est posé sur le support en acier de la machine (voir Figure 3.6). Pour assurer l’application d’une pression uniforme sur la surface des renforts, le plateau supérieur est appuyé sur une bille d’acier coincée entre le plateau et la vis de la cellule de charge et retenue par quatre ressorts ajustables en tension. Ce montage permet au plateau supérieur de pivoter légèrement dans toutes les directions pour s’ajuster aux épaisseurs des renforts et uniformiser la pression appliquée. Chacun des plateaux est percé de trois trous pour permettre l’insertion de cartouches chauffantes réparties de façon à uniformiser la température des plateaux avant les essais.

Figure 3.5: Montage de compaction.

Figure 3.6: Principe de mesure d’épaisseur.

• 6 cartouches chauffantes d’une puissance de 100 W chacune fonctionnant sous un voltage de 120 VAC, obtenues de McMASTER-CARR Inc. sous le numéro d’item 3618K34, sont utilisées pour chauffer les plateaux. Elles sont insérées à raison de trois dans chaque

plateau, deux sont insérées dans les faces avant des plateaux (voir Figure 3.5) et les troisièmes (non représentées sur la Figure 3.5) sont situées au milieu des plateaux et insérées par les faces arrière. Chaque cartouche a une longueur de 3 pouces (7,62 cm) et un diamètre de 0,95 cm.

• Deux thermocouples de type K, OMEGA modèle KMQSS-04OU-12, ont été insérés dans chaque plateau (un par plateau) afin de mesurer la température. Chaque thermocouple est inséré à environ 4,762 mm (≈ 3/16 po) sous la surface de contact des plateaux (et donc des renforts) et à 44,45 mm du bord droit du plateau.

• Deux capteurs de déplacement laser SICK® 0D Mini Prime (modèle B035C15Q15, résolution 6 μm, linéarité ± 30 μm, plage de mesure 20-50 mm) sont utilisés pour mesurer le fluage et la relaxation des renforts pendant et après la compaction. Ils sont placés de chaque côté des plateaux de compression (gauche et droite sur la Figure 3.5) pour recueillir l’évolution temporelle de l’épaisseur du renfort en focalisant le faisceau laser sur le haut d’une mince plaque d'acier placée sur le dessus des renforts avant de débuter l’essai.

• Le contrôle et l’enregistrement de la température et des déplacements obtenus des capteurs lasers se fait par ordinateur à l'aide d'un programme préparé avec le logiciel LabVIEWTM de National Instruments Inc.

3.2.3.2 Mesure de l’épaisseur des préformes

Afin de mesurer l’épaisseur initiale des renforts, on place une pile de renforts sur la plaque inférieure. Ensuite, une mince plaque d'acier de 0.096 kg est placée sur le dessus de l'échantillon (voir Figure 3.6) afin de pouvoir réfléchir les faisceaux laser émis par les capteurs lasers. Le déplacement de cette plaque, du fait de la compression ou du recouvrement du renfort, est capté par les lasers et utilisé pour le calcul de l’épaisseur du renfort à chaque instant. Dans un premier temps, la plaque d’acier est placée directement sur le plateau inférieur de compaction sans les renforts et on mesure sa position avec les capteurs lasers. Par la suite, dans la configuration présentée à la Figure 3.6, la plaque d’acier est posée sur l’empilement de renforts et on mesure à nouveau la position de celle-ci. La différence entre les deux positions donne l’épaisseur initiale du renfort. On utilise le même principe

pour déterminer l’épaisseur du renfort à chaque instant.

3.2.3.3 Essais de compaction planaire

Dans cette étude, un cycle unique de compaction a été effectué. Le processus comporte trois étapes principales : la fermeture du moule, le maintien sous pression constante pendant un certain temps (compaction par fluage) et l'ouverture du moule (recouvrement d’épaisseur). À l'étape de fermeture, une vitesse constante de 1 mm/min est appliquée jusqu'à la pression maximale désirée Pmax. L'échantillon est ensuite maintenu sous pression (Pmax) pendant cinq

minutes. Un temps de fluage de 5 minutes est adopté sur la base de ce qui se fait dans la littérature [94, 169]. En fin de fluage, la traverse est ramenée à sa position initiale à une vitesse de 100 mm/min permettant à l'empilement de renfort de recouvrer librement son épaisseur. 25 minutes sont allouées pour permettre le recouvrement. Les renforts étudiés ont deux niveaux de lubrifications: sec (D) ou humide (W). L'état sec correspond aux renforts conditionnés à l’air ambiant (environ 7 % de teneur en humidité) tandis que pour l'état humide, chaque couche de renfort est imprégnée de 1,091 g d'eau (équivalent à environ 1 g d'eau déminéralisée par gramme de fibres ou environ 50 % en masse de teneur en humidité) pour assurer un taux d'humidité élevé avant l’essai. Des essais de rétention d’eau (“water retention value”) ont été réalisés sur les fibres (lin et kraft). Les résultats de ces essais nous ont permis de définir un niveau d’humidité qui permettrait d’avoir un pourcentage élevé de molécules d’eau libre au sein des fibres. L’humidité relative dans la salle durant les essais était d’environ 50%. Le niveau d'humidité dans les renforts n'a pas été contrôlé avec précision lors de chaque essai, puisque l'objectif était d’abord de montrer l'effet global de l'humidité et de la température sur les courbes de compaction. Les résultats sont donc qualitatifs pour ce qui concerne l’humidité mais très informatifs en termes d'influence de ce paramètre sur le comportement en compaction planaire. Avant l’essai, la déformation du montage expérimental a été déterminée en effectuant un essai de compression plaque à plaque (sans renforts) aux températures (des plateaux de compaction) ambiante (T = 23 °C) et élevée (T = 100 °C). La déformation du montage est ensuite soustraite de celle des renforts pour les essais à ces températures.