La qualité des composites en tissu de fibre de carbone tissé/polycarbonate thermoplastique après thermoformage et démoulage a fait l'objet de nombreuses recherches, en particulier pour des applications dans les industries nécessitant des moules SMC et des moulages composites. Ces composites sont essentiels dans des secteurs utilisant des moules de compression et des moules en fibre de carbone.

Cette étude examine les effets des paramètres de thermoformage en utilisant une combinaison de simulation par éléments finis et de l'arrangement orthogonal de Taguchi. Le modèle de simulation a utilisé une approche discrète avec un modèle micro-mécanique pour décrire le comportement en déformation du tissu de fibre de carbone tissé, similaire à ce que l'on observe dans les moules de thermoformage et les outillages de compression. Parallèlement, un modèle de résine a été intégré pour assurer des simulations précises. Cette approche a été validée par des tests d'extension biaisée réalisés à cinq températures différentes, fournissant des données essentielles sur le comportement du matériau pendant le processus de thermoformage, semblables aux processus impliquant des moules BMC et des moules de presse.

Paramètres clés du thermoformage

L'étude s'est concentrée sur trois paramètres clés du thermoformage, chacun ayant trois niveaux, similaires à ceux considérés dans le moulage par compression :

• Température de la pièce : Influence la flexibilité du matériau et sa capacité à se conformer aux formes du moule, cruciale pour l'outillage SMC et le moulage BMC.
• Température du moule : Affecte l'ajustement final de la forme et la finition de surface du composite, ayant souvent un impact sur les moules de thermoformage et les moules SymaLITE.
• Pression de maintien de la pièce : Joue un rôle crucial pour maintenir le matériau en place et assurer un moulage uniforme, essentiel pour les moules composites comme les moules SMC et les moules en fibre de carbone.

L'objectif était d'optimiser quatre facteurs de qualité importants : l'angle fermé par les fibres, l'angle de retour élastique, l'ajustement de la forme du moule et la déformation de la pièce en U, similaires à ceux dans les moules thermodurcissables et le moulage LFT. En ajustant les paramètres de thermoformage, l'étude visait à obtenir la meilleure combinaison de ces facteurs à travers diverses méthodes d'outillage composite.

Résultats et analyse

La simulation par éléments finis a révélé que la courbe contrainte-déplacement obtenue lors des tests d'extension biaisée correspondait étroitement aux résultats simulés. Cela a vérifié la fiabilité de la méthode des éléments finis discrets utilisée dans cette étude, qui présente des parallèles avec les processus de validation pour le moulage SMC et l'outillage de presse.

De plus, l'analyse de l'arrangement orthogonal de Taguchi a identifié la pression de maintien de la pièce comme le paramètre de processus dominant, à l'instar des moules de compression et des outillages BMC. La valeur optimale pour la pression de maintien de la pièce a été déterminée à 1,18 kPa, ce qui en fait le facteur le plus critique dans le processus de thermoformage. La température de la pièce a été le deuxième facteur le plus influent, avec une plage optimale de 160°C à 230°C. Fait intéressant, la température du moule a eu un effet relativement mineur sur la qualité finale du composite, similaire au comportement observé dans les moules GMT et les moules D-LFT.

Paramètres de thermoformage optimaux

L'étude a recommandé les paramètres optimaux suivants pour le thermoformage des composites en tissu de fibre de carbone tissé/polycarbonate thermoplastique :

• Pression de maintien de la pièce : 1,18 kPa (critique pour les moules de compression et les moules SMC)
• Température de la pièce : 230°C (pertinent pour les outils de thermoformage et les moules à compression à chaud)
• Température du moule : 190°C (bénéfique pour le moulage composite et les moules en fibre de carbone)

Ces paramètres ont donné les résultats les plus favorables pour les quatre facteurs de qualité, indiquant qu'un contrôle minutieux de la pression de maintien de la pièce et de la température est essentiel pour obtenir des moules composites et des moules de thermoformage de haute qualité.

Conclusion

En résumé, les résultats de cette étude fournissent des informations précieuses sur les effets des paramètres de thermoformage sur les composites en tissu de fibre de carbone tissé/polycarbonate thermoplastique. L'étude a conclu que la pression de maintien de la pièce et la température de la pièce sont les deux facteurs les plus importants, la température du moule jouant un rôle secondaire. Ces résultats sont essentiels pour ceux qui travaillent avec l'outillage composite, les outils de thermoformage et les moules de compression, fournissant une voie claire pour la production de composites de haute qualité avec un angle de retour élastique, un angle fermé par les fibres et un ajustement de la forme du moule souhaités.