Etude de l'interface d'une pièce composite à matrice époxyde et un moule en aluminium lors du démoulage : Phénomènes d'adhésion et de frottement sous l'effet des contraintes internes.

par Ghazza Boulila (Keskes)

Projet de thèse en Mécanique numérique et Matériaux

Sous la direction de Pierre Montmitonnet et de Michel Vincent.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées , en partenariat avec Centre de mise en forme des matériaux (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) , Pôle Surfaces et Procédés (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2012 .


  • Résumé

    La société DAHER utilise le procédé autoclave pour la cuisson d'une pièce en pré-imprégnés à matrice époxyde. A la fin de la mise en forme, la pièce peut être retenue sur le moule. Plusieurs phénomènes peuvent être en cause. L'objectif principal de la thèse est d'identifier d'abord les phénomènes qui engendrent le démoulage difficile et l'encrassage du moule et ensuite étudier les paramètres qui les influencent. La bonne compréhension des phénomènes mis en jeu entre pièce et moule lors du démoulage passe d'abord par l'identification et la caractérisation physico-chimique de chaque élément impliqué (moule, traitement démoulant et pré-imprégné), afin de mieux cerner les possibles interactions et mieux orienter les essais expérimentaux. En effet, des mesures de rugosité du moule ont été effectuées. Par la suite une étude de la mouillabilité de la surface du moule a été réalisée par le traitement démoulant. Enfin, la composition chimique de la surface du moule et de pré-imprimé ont été analysées par plusieurs méthodes, à savoir la spectroscopie infrarouge en mode ATR, l'EDS et le XPS. Dans une seconde partie, un essai de démoulage pour des couples pièces-moules cylindriques a été proposé, l'objectif étant de distinguer les différents phénomènes à partir de l'interprétation des courbes "effort de démoulage" en fonction du "déplacement de la pièce par rapport au moule". Les couples pièces-moules sont préparés dans des conditions opératoires différentes. Ces essais ont révélé que le démoulage difficile et l'encrassage du moule sont engendrés par deux phénomènes interdépendants ; au cours de la mise en forme de la pièce, des contraintes internes sont nées et génèrent la re-fermeture de la pièce sur le moule. Cela entraine un frottement entre la pièce et le moule pendant le démoulage et engendre en effet l'usure du traitement démoulant après certains cycles d'utilisations. L'évolution des propriétés physico-chimiques à l'interface suite à la dégradation du traitement démoulant engendrent l'adhésion pièce-moule, d'où le démoulage difficile et l'encrassage du moule par la résine. Dans une dernière partie, une caractérisation physico-chimique de l'interface pièce-moule a été effectué sur des couples de forme plane ; le but étant de déterminer les conditions opératoires optimales qui empêcheraient l'encrassage du moule sous l'effet de la ségrégation de certains composants de la résine époxyde à l'interface pièce-moule. Cette étude a mis en évidence surtout l'importance d'un niveau de vide à un niveau bien précis pendant la mise en forme de la pièce.

  • Titre traduit

    Study of the interface between a composite part with an epoxy matrix and an aluminum mold during demolding: Phenomena of adhesion and friction under the effect of internal stresses.


  • Résumé

    DAHER uses the autoclave process for curing parts based on prepregs with epoxy matrix. At the end of the forming process, the part can be retained on the mold. Several phenomena may be involved. The main objective of this thesis is to identify first the phenomena that cause the hard demolding, and mold fouling, and then to study the parameters influencing them. The proper understanding of the phenomena occurring between the part and the mold during demolding requires first the physico-chemical characterization of each involved element (mold, coating and prepreg). This allows the identification of the potential interactions and thus focusing on relevant experiments. In fact, roughness measurements of the mold were carried out. Subsequently, a study of the wettability of the mold surface by the coating was performed. Finally, the chemical composition of the surface of the mold and the prepreg were analyzed by several methods, namely infrared spectroscopy in ATR mode, EDS and XPS. In a second part, a demolding test for cylindrical mold-part pairs was proposed, the purpose was to distinguish the various phenomena based on the interpretation of the correlation between the "demolding force" and the "shift of the part relatively to the mold". The mold-part pairs were prepared per various operating conditions. These tests revealed that the difficult demolding and the fouling of the mold are caused by two interrelated phenomena; During the forming of the part, internal stresses are born and generate a spring-in deformation of the part on the mold. This results in frictions between the part and the mold during the demolding; and thus, causes wear of the coating after some cycles. Following the degradation of the coating, the physicochemical properties at the interface change, which generates the part-mold adhesion, hence the difficult demolding and the fouling of the mold by the resin. In the last part, a physicochemical characterization of the part-mold interface was carried out on plane-shaped pairs; the aim was to determine the optimum operating conditions which would prevent the fouling of the mold that may occur under the effect of the segregation of some components of the epoxy resin at the part-mold interface. This study highlighted especially the importance of setting a level of vacuum at a precise level during the forming process.