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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 28/1 - 2018  - pp.55-73  - doi:10.3166/rcma.28.55-73
TITRE
Suivi de la fabrication de stratifiés verrepolypropylène par réseaux de Bragg et du comportement thermomécanique induit

RÉSUMÉ

Le moulage par presse chauffante de stratifiés unidirectionnels (UD) en polypropylène renforcé de fibres de verre (GFPP) a été suivi par capteur fibre optique à réseaux de Bragg (FBG). Ces capteurs ont été incorporés au cœur du matériau pour suivre les déformations induites par le procédé. La phase de refroidissement étant déterminante dans la fabrication des composites thermoplastiques, affectant la cristallinité et les déformations résiduelles, deux moules métalliques (acier et aluminium) ayant des propriétés de diffusion thermique différentes ont été utilisés. Les capteurs à cœur ont permis de déterminer différentes phases du procédé et des points de transition clés tels que le début de la fusion ou la solidification. Le comportement dans le sens longitudinal est gouverné par celui des fibres de renfort. Dans le sens transverse, le stratifié réalisé avec le moule en aluminium présente des déformations résiduelles supérieures au stratifié réalisé avec le moule acier. Le comportement thermomécanique est évalué par TMA (Thermomechanical Analysis) suivant une procédure de recuit. Un comportement singulier est observé pour le stratifié réalisé avec le moule acier, indiquant l’influence de la diffusion thermique sur la construction cristalline. Le coefficient d’expansion thermique du stratifié réalisé avec le moule en aluminium est significativement supérieur. Une analyse DSC (Differential Scanning Calorimetry) révèle des taux de cristallinité semblables pour chaque matériau après fabrication ainsi qu’une même augmentation de ces taux lors du traitement thermique. La différence de propriétés thermomécaniques est alors attribuée à l’état initial de déformation des stratifiés.



ABSTRACT

Hot-press molding of glass-fiber-reinforced polypropylene (GFPP) laminates was monitored using embedded fiber Bragg gratings (FBGs) in unidirectional laminates. These sensors allowed the monitoring of process-induced strains. Because the cooling phase is critical in thermoplastics manufacturing, affecting crystallinity and ultimately residual strain, two metallic molds with different heat diffusion capacities were used (steel and aluminum). The optical sensors proved to efficiently characterize some material properties; for example, strain variations could be related to physical changes of the laminate, revealing key transition points such as the onset of melt or solidification. After the GFPP plates were released from the mold, residual strains were estimated. The longitudinal behavior is controlled by the behavior of the glass fibers. The transverse residual strain of the laminate made with the aluminum mold is higher than that of the laminate made with the steel mold. The thermal expansion behavior was investigated during a post-process heating procedure. A particular behavior was observed at the first heating ramp for the laminate made with the steel mold, indicating that the relatively poor thermal diffusion had a significant influence on the crystalline microstructure. The thermal expansion coefficient is higher for the aluminum mold made laminate. A DSC (Differential Scanning Calorimetry) of both materials showed a similar degree of crystallinity after processing and a similar increase after the heat treatment. This suggested that the difference of thermal expansion properties is related to the initial strain state of the laminates.



AUTEUR(S)
Matthieu MULLE, Husam WAFAI, Arief YUDHANTO, Gilles LUBINEAU, Recep YALDIZ, Warden SCHIJVE, Nikhil VERGHESE

MOTS-CLÉS
suivi de procédé, moulage par presse chauffante, fibre à réseaux de Bragg, déformations résiduelles, propriétés, thermoplastiques.

KEYWORDS
process monitoring, hot-press molding, fiber Bragg gratings, residual strains, properties, thermoplastics.

LANGUE DE L'ARTICLE
Français

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