d’assemblages collés sur les distorsions
4.2.1 Profils de distorsions
Ces premières observations permettent d’expliquer une partie des mesures effectuées au cours du chapitre précédent. Il a également été vu que les distorsions de cuisson varient entre chaque type d’assemblage. La co-cuisson fournit les distorsions les plus basses, le collage secondaire présente des distorsions à peine supérieures à celles de la co-cuisson et, finalement, les assemblages par co-collage présentent des distorsions supérieures aux deux autres méthodes de collage.
Les profils de déformations mesurés pour chaque type d’assemblage sont illustrés dans la figure4.6. Au vu de ces profils, chacun des assemblages génère des distorsions pour des raisons différentes. Le cas du collage secondaire est le plus simple, les déformations sont celles induites par l’interaction pièce/outillage des plaques cuites de 20 plis qui sont
utilisées pour l’assemblage. De fait, le profil de distorsions correspond à celui observé sur les plaques [020] cuites sur les moules en Invar.
Pour la co-cuisson, sur une épaisseur de 40 plis l’influence de l’outillage est négligeable. C’est donc probablement la légère dissymétrie de propriétés induites par la migration de la colle qui induit les déformations. Le profil de distorsion illustré dans la figure
4.6acorrespond à celui observé pour les assemblages équilibrés co-cuits de plaques fines. On voit ici que pour des pièces épaisses la migration est tout de même bien moins impactante que pour les pièces co-cuites fines étudiées précédemment.
(a)Co-cuisson (b) Co-collage (c) Collage Secondaire
Figure 4.6 – Profils de distorsions des différents types d’assemblages obtenus par stéréocorrélation
Finalement, dans le cas du co-collage c’est la dissymétrie générée par la différence de comportement entre le préimprégné cuit et le préimprégné cru qui génère la majorité des contraintes et des déformations. Afin de comprendre plus précisément les phénomènes qui entrent en jeu et de vérifier la validité du modèle le cas de co-collage est simulé.
4.2.2 Simulation du co-collage
Les éléments utilisés sont des éléments briques quadratiques C3D20T à 20 nœuds et couplés thermiquement et chaque pièce est maillée dans l’épaisseur avec un élément par pli de préimprégné et deux éléments par pli de colle. Les plaques étant unidirectionnelles et de dimensions 150 x 150 mm, seul un quart de la géométrie de la pièce est modélisée et les conditions de symétrie adaptées sont utilisées. Le cycle de température est appliqué aux surfaces extérieures des pièces subissant la cuisson, les déplacements de la surface en contact avec le moule sont bloqués selon l’axe z (U3 = 0) et la pression est appliquée sur la surface supérieure comme illustré dans la figure 4.7.
Deux types de modèle sont testés, une modélisation complète avec 3 steps et une simplifiée avec 2 steps. Dans le cas de la modélisation complète, les trois steps sont les suivants : un premier step de cuisson de la plaque inférieure, un deuxième step pour le co-collage de la plaque crue sur la plaque cuite à l’aide d’un film de colle et un dernier step de démoulage. Les résultats de cette modélisation sont comparés avec un modèle simplifié où le calcul est divisé en deux steps. Les conditions initiales des variables d’état de la plaque inférieure sont fixées de sorte à ce qu’elles correspondent à l’état cuit du matériau (degré d’avancement de réaction et température de transition vitreuse) et celles de la plaque supérieure et de l’adhésif correspondent aux propriétés initiales à
Figure 4.7 – Conditions limites utilisées pour la simulation du co-collage de deux plaques de 20 plis
l’état cru. Le premier step simule donc directement l’étape de co-collage et le deuxième step le démoulage. Les distorsions obtenues en après démoulage pour les deux types de modèles ont un écart relatif de moins de 1%. La méthode de simulation simplifiée, qui permet un gain important en temps de calcul, est donc conservée pour le reste de l’étude.
Les distorsions obtenues par la simulation sont comparées dans la figure4.8. Le profil des distorsions correspond globalement et l’erreur relative entre le gauchissement maximal obtenu par simulation et les mesures expérimentales est de 10%. Le modèle développé prédit donc plus correctement les distorsions des assemblages épais. Il semblerait donc que la migration de la colle ait bien une influence moins marquée pour les pièces épaisses.
(a) Mesures (b) Simulation
Figure 4.8 – Comparaison entre la simulation et la mesure du profil de distorsions d’une plaque co-collée sans film de colle
Les principales sources de déformations sont les différences de comportement entre la pièce cuite et la pièce crue. L’évolution des degrés d’avancement de réaction et des températures de transition vitreuse au cours du co-collage est rappelée dans la figure4.9. Au cours du deuxième cycle de cuisson, le stratifié cuit reste à l’état vitreux tandis que le
stratifié cru traverse différents états physico-chimiques. En particulier, il va être sujet au retrait chimique et, au cours de la deuxième rampe de chauffe, son état caoutchoutique lui fournira un 𝐶𝑇 𝐸 plus élevé que celui du stratifié réticulé vitreux.
Figure 4.9 – Cinétique de cuisson lors d’un assemblage par co-collage
4.2.3 Étude des interfaces de collage
Afin d’avoir des informations plus précises sur les interfaces colle/composites générées au cours de ces assemblages, des images par tomographie sont effectuées sur les trois types de collage comme illustré dans la figure 4.10.
Différents phénomènes peuvent être observés. Tout d’abord, lors de la co-cuisson l’effet de migration de la colle semble mieux réparti au sein de l’assemblage que lors de l’étude des assemblages de plaques fines. La migration n’est visible que dans les premiers plis en contact avec la colle et semble avoir lieu à la fois dans la plaque supérieure et inférieure. La colle semble donc bien avoir une influence moins importante que pour les plaques fines vues dans la partie précédente. De fait, la plaque co-cuite présente le gauchissement après démoulage le plus bas parmi les trois types d’assemblage.
Les interfaces paraissent plus chaotiques pour les plaques assemblées par co-collage et par collage secondaire. Des porosités apparaissent au sein de la colle avec un motif régulier qui est celui du tissu d’arrachage. Il est visible du côté de la plaque cuite pour l’assemblage co-collé et des deux côtés pour l’assemblage par collage secondaire. De plus, pour les plaques co-collées la migration de colle ne s’effectue que du côté de la plaque crue, mais de manière plus conséquente que lors de la co-cuisson puisque la colle n’a que cette voie de migration.
Afin de s’assurer que ces observations ne sont pas dues à des défauts de fabrication liés aux conditions de cuisson appliquées, des plaques co-collées fournies par le partenaire industriel du projet sont également étudiées au tomographe. L’image obtenue est illustrée dans la figure 4.11. On retrouve bien les motifs de tissu d’arrachage au niveau de l’interface colle/composite et la migration de la colle dans la plaque supérieure crue.
(a)Co-cuisson
(b)Co-collage
(c)Collage Secondaire
Figure 4.10 – Images par tomographie des différents types d’assemblages
Figure 4.11 – Images par tomographie d’une plaque co-collée industrielle
Pour les assemblages des plaques de 20 plis, ces conditions d’interface et cette migration de la colle ne semblent pas avoir un impact majeur sur les distorsions. En effet, le modèle développé qui ne prend pas en compte ces phénomènes permet de prédire assez justement les déformations de cuisson. Cependant, comme vu dans le cas des co-cuissons de plaques fines, ces phénomènes risquent d’avoir des impacts plus importants en fonction du type de drapage utilisé.