Préfabrication (production de masse)

Par rapport aux procédés précédemment décrits la préfabrication des composites a comme principal avantage, de garantir une faible dispersion des caractéristiques PpFDQLTXHVGX75&HWGHSHUPHWWUHODPLVHHQ°XYUHG¶XQWDX[GHUHQIRUWSOXV élevé au sein du composite (OOH SHUPHW DLQVL G¶obtenir des composites aux performances mécaniques améliorées. La préfabrication nécessite une matrice de consistance fluide à plastique.

De nombreuses techniques de préfabrication ont déjà été développées pour les composites TRC. Les techniques les plus classiques (pultrusion, pultrusion plus FRPSDFWDJH O¶LPSUpJQDWLRQ PpFDQLTXH DLQVL TXH OH SRPSDJHet injection) sont brièvement détaillées ci-dessous. À cet effet, des TRC pultrudés, pultrudés et compactés, puis mécaniquement imprégnés de Vubonite (matrices inorganiques à composée phosphatique) étudiés aux cours de la thèse de Promis [PROMIS_10] sont résumés. Une technique de PLVHHQ°XYUHde TRC par pompage et injection en utilisant une matrice fluide « PZ-IN-06 » développée par [BROCKMANN_05] est aussi résumée.

'¶DXWUHV PpWKRGHV GH SURGXFWLRQ H[LVWHQW FHSHQGDQW FRPPH OD © Wellcrete technology ªTXLGpVLJQHXQHPpWKRGHG¶H[WUXVLRQà basse pression permettant de produire des profilés de composite TRC à une vitesse allant, dans le cas de série importante (production de masse), jusqu'à 8m/min [PACHOW_04]. Le procédé Durapact est une deuxième WHFKQLTXH G¶H[WUXVLRQ j EDVVH SUHVVLRQ © Module process technologie » [PACHOW_04]. Ce procédé permet uniquement la préfabrication de plats TRC mais a pour avantage, par rapport au procédé précédent, GHIDFLOLWHUODPRGLILFDWLRQGXFRPSRVLWHFRQoXG¶rWUHjPRLQGUHIUDLVHW de nécessiter moins de place. Enfin, une méthode de production de profilé TRC quasi continu a été développée à Aachen (Allemagne) au sein du projet de recherche SFB 532. Ce procédé nécessite une matrice suffisamment fluide pour être injectée mais aussi une matrice en adéquation avec le procédé de déshydratation. Une nouvelle matrice « PZ-IN-04 » a ainsi été spécialement développée à cet effet [BROCKMANN_05].

I.4.3.1 P

Une étude de [PROMIS_10] illustre la production de plats de TRC unidirectionnels réalisée par un système d'imprégnation des filaments passant au travers de 2 bains successifs de Vubonite sans aucune contrainte. Les filaments passent ensuite dans un four standard à 40°C puis dans un système de calibration (section ouverte en aluminium) d'une température de 70°C (figure 22). La vitesse de défilement est de 20 cm/min. Le taux de renfort atteint est théoriquement de 21

%. La pultrusion peut ainsi permettre d'obtenir des taux de renfort élevés et une vitesse de production importante adaptée à la production de masse.

Figure 22 6FKpPDHWSKRWRG¶XQEDQFGHSXOWUXVLRQ>PROMIS_10]

Aussi, [JESSE_05] a conduit de nombreux tests afin de confronter le comportement mécanique de composites mis HQ°XYUHSDUSXOWUXVLRQHWprojection.

En fonction du textile utilisé, la résistance du composite a été soit améliorée, soit détériorée par ces procédés de fabrication. 6HORQ O¶DXWHXU FHOD HVW DWWULEXDEOHjO¶DXJPHQWDWLRQGHODSUHVVLRQGXPRUWLHUHWJUDQXODWVVXUOHV fils HWGDQVOHFDVGHODSURMHFWLRQjO¶LPSDFWjYLWHVVHpOHYpHGXPRUWLHUVXUOHV fils. 0DLVFHVHIIHWVQ¶RQWSDVSXrWUHTXDQWLILpVisolément.

I.4.3.2 P

Afin d'améliorer les performances mécaniques intrinsèques du composite, le procédé de pultrusion peut être complété par un processus de compression. De même que dans le cas de la pultrusion, un composite TRC pultrudé puis compacté

a été étudié dans la thèse de Promis [PROMIS_10]. La Vubonite a été utilisée comme matrice de ce TRC. La compression est réalisée par une presse constituée de 4 pistons (figure 23) (une pression uniformément répartie de 4 MPa est appliquée sur le composite).

*UkFH j FH SURFpGp LO HVW SRVVLEOH G¶DMRXWHU GHV FRXFKHV GH UHQIRUW multidirectionnel sur les 2 IDFHVH[WpULHXUHVG¶XQ pultrudé unidirectionnel, ce qui peut permettre à ce FRPSRVLWH G¶RIIULU XQH PHLOOHXre résistance au cisaillement SODQ /H WDX[ GH UHQIRUW REWHQX GDQV OD WKqVH GH 3URPLV HVW GH O¶RUGUH GH % (contre 21 % par pultrusion non compactée). L'imprégnation des tissus multidirectionnels est réalisée grâce à « l'excédent » de matrice présent dans le pultrudé non compacté.

Figure 23 6FKpPD GH SULQFLSH G¶XQH presse de compression [PROMIS_10]

Figure 24 : Confrontation du comportement mécanique en traction de composites TRC pultrudé compactés en fonction de la pression de compactage [MOBASHER_05]

$X FRXUV G¶XQH pWXGH PHQpe par [MOBASHER_05@ O¶LQIOXHQFH GH OD PLVH HQ SUHVVLRQ GHV SODTXHV GH FRPSRVLWHV GXUDQW O¶KHXUH VXLYDQW OHXU SXOWUXVLRQ D pWp évaluée (le renfort utilisé est un tissu). La même configuration de composite est testée pour une pression de 1,7 KPa (ARG-100) et 15,3 KPa (ARG-900), 15,3 KPa étant la pression maximum imputable à la pâte de mortier fraîche sans en expulser O¶HDX. Le composite ayant subi la pression la plus élevée après la phase de pultrusion présente un espacement final entre fissures successives environ 2 fois plus faible, il est 40 % plus résistant et nettement plus rigide que le second. Les auteurs attribuent ce constat jO¶DXJPHQWDWLRQGHO¶DGKpUHQFHILO-matrice due à la mise en pression du composite. Ce procédé est évidemment plus performant que la pultrusion simple mais il est aussi plus coûteux.

I.4.3.3 I

Une unité spéciale de compactage SCI (de l'anglais Self Compacting Impregnator) a été spécialement développée [WASTIELS_08] pour la production de systèmes composites à matrice IPC (inorganic phosphate cement, comme la Vubonite).

Immédiatement après son passage dans un bain de Vubonite, le renfort passe entre 2 cylindres horizontaux en rotation qui forcent l'imprégnation de la matrice, comme illustré sur la figure 25. Le taux de renfort obtenu peut atteindre 25 %. Ce SURFpGpSHUPHWDLQVL G¶DWWHLQGUH XQWDX[ GH UHQIRUWVXSpULHXUjODSXOWUXVLRQ(Q revanche, contrairement à ce dernier procédé, il ne permet que la réalisation de plats.

a) Schéma de principe du procédé

d'imprégnation mécanique par compactage E,OOXVWUDWLRQG¶XQHYHUVLRQDQWpULHXUH de la machine d'imprégnation mécanique par compactage

Figure 25 : Procédé d'imprégnation mécanique par compactage SCI [WASTIELS_08]

I.4.3.4 P

8QH WHFKQLTXH G¶LQMHFWLRQ D pWp WHVWpH SDU >BROCKMANN_05]. Ce procédé G¶LPSUpJQDWLRQ PpFDQLTXH SUpVHQWH SDU UDSSRUW DXx procédés précédemment décrits, O¶DYDQWDJHGHpermettre la préfabrication de pièces de composite TRC de formes complexes. Ce procédé consiste à injecter le mortier dans un moule à double face (les 2 IDFHV GX FRPSRVLWHV VRQW PRXOpHV j O¶DLGH G¶XQH SRPSH j mortier. Le renfort textile doit être préalablement positionné et fixé dans le moule DYDQWO¶LQMHFWLRQGXPRUWLHUCe procédé requiert une étude préalable dédiée à la détermination du nombre et GHO¶HPSODFHPHQWGHVSRLQWVG¶LQMHFWLRQaILQG¶pYLWHU les incluVLRQV G¶DLU j O¶LQWpULHXU GX PRXOH HW GH SHUPHWWUH j OD PDWULFH GH VH répandre avec une pression suffisante dans tous les recoins du moule. Une matrice très fluide doit être utilisée. Le taux de renfort volumique maximal du composite obtenu par cette méthode est inférieur aux autres méthodes de préfabrication évoquées plus haut.

a) Pompe à mortier b) moule en verre organique

c) Injection du mortier Figure 26 : Illustration de la préfabrication par pompage et injection [BROCKMANN_05]

I.4.3.5 C

,OUHVVRUWGHFHSDQRUDPDTXHOHVPpWKRGHVGHPLVHHQ°XYUHVRQWQRPEUHXVHVHW TX¶HOOHVUHQYRLHQWjGHVQLYHDX[GHVRSKLVWLFDWLRQYDULDEOHVHWGXPrPHFRXSjGHV performances échelonnées.

Pour autant, la valorisation de la réparation au moyen de composite TRC passe LQpOXFWDEOHPHQWSDUXQHPLVH°XYUHVXUFKDQWLHU$XVVLOHUHFXOUHODWLIjO¶HPSORL de ces matériaux incline à la prudence.

'DQV FHWWH RSWLTXH OH PRXODJH DX FRQWDFW GRQW OD VLPSOLFLWp GH PLVH HQ °XYUH V¶DFFRPPRGH IRUW ELHQ GH PR\HQV UHODWLYHPHQW GpULVRLUHV SDUDLW V¶RIIULU avantageusement au praticien.

3RXUDXWDQWOHVSHUIRUPDQFHVDVVRFLpHVQHSHXYHQWrWUHGLVVRFLpHVGHO¶LQWHUDFWLRQ textile-mortier, laquelle se révèle complexe et se décline à plusieurs échelles.