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1. Saffar, Florence. Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates.

Degree: Docteur es, Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces, 2019, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai

De nouveaux modes d’élaboration de pièces composites à matrice thermoplastique sont actuellement étudiés, par le milieu aéronautique, afin de remplacer le procédé autoclave, qui est coûteux et limite les cadences de production. Ainsi cette thèse a pour objet l’étude des phénomènes de consolidation interpli dans le cas d’élaborations basse pression. Dans ce but, deux systèmes de fabrication sont développés : l’un en étuve et l’autre sur plateau chauffant. Ces deux dispositifs permettent à la fois de définir les paramètres procédés optimaux pour assurer une bonne consolidation interpli, et de réaliser un suivi d’élaboration grâce à des mesures de variations d’épaisseur, de gradient thermique et de pertes de charges. Les matériaux utilisés sont des pré-imprégnés unidirectionnels thermoplastiques haute performance (PEKK/fibres de carbone). Une partie de ce travail est consacrée à la caractérisation de la matrice, peu étudiée dans la littérature, et à l’influence des paramètres matériau sur la qualité de l’élaboration. Deux événements de consolidation interpli sont identifiés au cours de cette étude : l’un à la température de transition vitreuse (Tg) et l’autre à la température de fusion (Tm). Ils sont respectivement associés aux phénomènes de mise en contact des plis et d’écoulement de l’ensemble fibres/matrice. Une simulation de ces étapes de consolidation est également proposée. La mise en contact des plis est notamment décrite par une évolution de la résistance thermique de contact et par un aplanissement des aspérités de surface. L’écoulement à Tm permettant la réduction du taux de porosité aux interplis est, lui, modélisé à partir des propriétés rhéologiques du matériau déterminées expérimentalement.

New manufacturing technologies of thermoplastic composite parts are being developed in order to replace the autoclave molding which requires higher manufacturing costs and longer processing time. In this context, the subject of this thesis is the study of the vacuum-bag-only (VBO) consolidation for thermoplastic (PEKK)/carbon fibers laminates. In this work, two kinds of heating method are considered: the one in an oven and the other on a heating plate. Firstly, we investigate the influence of the process on the consolidation quality. The second step of this thesis is to understand and interpret the interlaminar consolidation phenomena. For that purpose, an in-situ monitoring system has been developed to record the evolution of the laminate thickness, of the temperature gradient and of pressure losses during the whole consolidation cycle. Using these systems two major consolidation phenomena have been identified. The first one takes place at the glass transition temperature and corresponds to the establishment of intimate contact between the adjacent layers. The second one happens at the melting temperature and is associated with the flow of the molten material. The final third step is the integration of these consolidation phenomena into a FEM model. The intimate contact establishment is simulated by an improvement…

Advisors/Committee Members: Park, Chung Hae (thesis director).

Subjects/Keywords: Procédés hors-Autoclave (OoA); Consolidation interpli; PEKK/fibres de carbone; Stratifié thermoplastique; Instrumentation de suivi de consolidation; Optimisation de procédés; Vacuum-Bag-Only (VBO); Interlaminar consolidation; PEKK /carbon fibers; Thermoplastic laminates; Consolidation set-Up monitoring; Process optimization

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APA (6th Edition):

Saffar, F. (2019). Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates. (Doctoral Dissertation). Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai. Retrieved from http://www.theses.fr/2019MTLD0008

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Saffar, Florence. “Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates.” 2019. Doctoral Dissertation, Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai. Accessed April 07, 2020. http://www.theses.fr/2019MTLD0008.

MLA Handbook (7th Edition):

Saffar, Florence. “Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates.” 2019. Web. 07 Apr 2020.

Vancouver:

Saffar F. Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates. [Internet] [Doctoral dissertation]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai; 2019. [cited 2020 Apr 07]. Available from: http://www.theses.fr/2019MTLD0008.

Council of Science Editors:

Saffar F. Etude de la consolidation interpli de stratifiés thermoplastiques PEKK/fibres de carbone en conditions de basse pression : Study of the interlaminar consolidation in vacuun-bag-only manufacturing of carbon/PEKK laminates. [Doctoral Dissertation]. Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai; 2019. Available from: http://www.theses.fr/2019MTLD0008

2. Serrano, Léonard. Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing.

Degree: Docteur es, Génie mécanique, mécanique des matériaux, 2018, Université Toulouse III – Paul Sabatier

Les principaux enjeux de la fabrication de pièces en matériaux composites (coût, temps de fabrication, performances,...) sont intimement liés aux moyens de mise en oeuvre, principalement les autoclaves; qui engendrent non seulement des coûts très élevés en termes d'installation et d'entretien, mais limitent également les cadences de production à cause de la longueur des cycles. Afin de réduire cette dépendance, des procédés de fabrication hors autoclave ont été envisagés (Quickstep, Roctool, VARTM, VBO...) entrainant par conséquent des modifications dans la conception des matériaux destinés à ces procédés (cinétique, rhéologie, façon dont sont imprégnées les fibres...). Afin de limiter les changements en termes de procédé de fabrication, de matières premières, de produits d'environnement et de conditions de mise en oeuvre, c'est sur le procédé Vacuum Bag Only que porte cette étude. Plusieurs développement de semi-produits ces dernières années ont permis d'augmenter la robustesse de ce procédé de fabrication, palliant ainsi à cette absence de pression externe durant la cuisson en étuve. Il reste toutefois à démontrer la viabilité de ces produits par rapport à leur mise en oeuvre, à comprendre les mécanismes d'extraction de l'air et à estimer les propriétés mécaniques atteignables par rapport à leur équivalent autoclave.

The main issues concerning composite part manufacturing (cost, manufacturing time, mechanical performances, etc.) are closely linked to the means of curing, mainly autoclaves; which do not only generate very high installation and maintenance costs, but also limit production rates because of the length of the cycles. In order to reduce this dependence, non-autoclave manufacturing processes have been envisaged (Quickstep, Roctool, VARTM, VBO ...) therefore leading to modifications in the design of the materials intended for these processes (including kinetics, rheology, fiber impregnation methods). In order to limit the changes in terms of manufacturing process, raw materials, environment products and implementation conditions, this study is based on the Vacuum Bag Only process. Several semi-product developments in recent years have made it possible to increase the robustness of this manufacturing process, thereby overcoming the lack of external pressure during an oven cure. However, the viability of these products in relation to their implementation still needs to be demonstrated, as well as the understanding of the air removal mechanisms and the estimation of the achievable mechanical properties compared to their autoclave counterpart.

Advisors/Committee Members: Olivier, Philippe (thesis director), Cinquin, Jacques (thesis director).

Subjects/Keywords: Epoxy; Formulation; Chimie; Composites; Hors autoclave; Epoxy; Formulation; Chemistry; Composites; Out-of-autoclave

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APA (6th Edition):

Serrano, L. (2018). Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing. (Doctoral Dissertation). Université Toulouse III – Paul Sabatier. Retrieved from http://www.theses.fr/2018TOU30007

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Serrano, Léonard. “Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing.” 2018. Doctoral Dissertation, Université Toulouse III – Paul Sabatier. Accessed April 07, 2020. http://www.theses.fr/2018TOU30007.

MLA Handbook (7th Edition):

Serrano, Léonard. “Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing.” 2018. Web. 07 Apr 2020.

Vancouver:

Serrano L. Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université Toulouse III – Paul Sabatier; 2018. [cited 2020 Apr 07]. Available from: http://www.theses.fr/2018TOU30007.

Council of Science Editors:

Serrano L. Systèmes époxyde : cuisson hors autoclave et basse température : Epoxy systems : out-of-autoclave and low temperature curing. [Doctoral Dissertation]. Université Toulouse III – Paul Sabatier; 2018. Available from: http://www.theses.fr/2018TOU30007


Université de Bordeaux I

3. Xu, Chan. Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging.

Degree: Docteur es, Mécanique et ingénierie, 2013, Université de Bordeaux I

L’élaboration de composites en cuisson autoclave est un procédé bien maîtrisé maisles cycles de cuisson peuvent être très longs, en particulier dans le cas de préimprégnésaéronautiques. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier la possibilité de diminuer letemps des cycles de polymérisation pour la fabrication de composites stratifiés minces àl’aide d’un procédé de cuisson rapide. Des essais de caractérisation ont permis de définirles grandeurs thermodynamiques du préimprégné carbone/époxy qui a servi de base ànotre étude ainsi que les paramètres du modèle cinétique de la résine. Une simulationnumérique du procédé de cuisson, basée sur une modélisation des couplages desphénomènes chimiques (polymérisation de la résine), thermiques (transferts de chaleuravec prise en compte de l’exothermie de la réaction) et mécaniques (formation decontraintes et déformations résiduelles) induits par le procédé, a été développée dans lebut d’optimiser les cycles de polymérisation. La caractérisation mécanique des matériauxélaborés à partir d’un dispositif de cuisson rapide mis au point au Laboratoire a permis dedémontrer que nous n’avions pas de pertes de caractéristiques par rapport aux piècesélaborées en autoclave.

The autoclave polymerization is the bottleneck of the production flux for largepublic parts, hence the speedy polymerization process emerges to improve the productionratio. The objective is to study the possibility of reducing the cycle time of polymerizationfor the production of thin composite laminates using a fast cure process out-of-autoclave.Specific or standard chemical and mechanical characterization tests had been designed inorder to capture the expected characteristics for the model simulation and validate thesimulation results. According to the values obtained, an analysis based on the finiteelement technique is developed to simulate the speedy curing process of epoxy resincomposite. The analysis relates the cure temperature to the thermal, chemical and physicalprocesses occurring in the thin composite part during cure. Included in the analysis are theeffects such as the heat generation due to exothermic chemical reactions. For a specifiedcure cycle, the model could be used to calculate the temperature distribution, the degree ofcure of the resin inside the composite part as well as predict the residual curing stressesand the strains of the cured composite parts.Keywords :

Advisors/Committee Members: Perry, Nicolas (thesis director), Lacoste, Eric (thesis director).

Subjects/Keywords: Polymérisation; Cuisson rapide; Composite, Carbone/époxy; Hors autoclave; Modélisation; Simulation; Contraintes et déformations résiduelles; Polymerization; Quick cure; Composite; Carbon/epoxy; Out of autoclave; Modeling; Simulation; Residual stresses and strains

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APA (6th Edition):

Xu, C. (2013). Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging. (Doctoral Dissertation). Université de Bordeaux I. Retrieved from http://www.theses.fr/2013BOR14895

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Xu, Chan. “Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging.” 2013. Doctoral Dissertation, Université de Bordeaux I. Accessed April 07, 2020. http://www.theses.fr/2013BOR14895.

MLA Handbook (7th Edition):

Xu, Chan. “Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging.” 2013. Web. 07 Apr 2020.

Vancouver:

Xu C. Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging. [Internet] [Doctoral dissertation]. Université de Bordeaux I; 2013. [cited 2020 Apr 07]. Available from: http://www.theses.fr/2013BOR14895.

Council of Science Editors:

Xu C. Étude et simulation numérique d’un procédé de cuisson rapide pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermodurcissable : Definition and manufacturing of a metallic matrix composite for embedded electronics packaging. [Doctoral Dissertation]. Université de Bordeaux I; 2013. Available from: http://www.theses.fr/2013BOR14895

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