Technologie de l'autoclave : Un lien critique dans la production de moulage de composites en fibre de carbone
Moulage de haute qualité et faible porosité
Le processus d'autoclave utilise une pression élevée (typiquement 0,5-1,0 MPa) et une température élevée (120-200°C) pour assurer une imprégnation complète des fibres par la résine, réduisant la porosité à moins de 1-2% (supérieure aux 3-5% de RTM). Les propriétés mécaniques s'en trouvent considérablement améliorées, avec des résistances à la traction supérieures à 2,5 GPa et des modules allant jusqu'à 200 GPa.
Adaptabilité aux géométries complexes
À l'aide de sacs et de moules sous vide, le processus d'autoclavage permet de mouler avec précision des surfaces courbes complexes et des composants compliqués (par exemple, des pièces aérospatiales), avec une précision dimensionnelle de ±0,1 mm et une rugosité de surface Ra<1,6 μm, répondant ainsi à des exigences de haute précision.
Cohérence et répétabilité
Les paramètres du processus (pression, température, temps de durcissement) peuvent être contrôlés avec précision, ce qui garantit une grande uniformité d'un lot à l'autre avec des variations de propriétés mécaniques généralement inférieures à 5%. Par rapport à la stratification manuelle (avec des variations de performance de 10-15%), les autoclaves sont mieux adaptés à la production à grande échelle.
Liaison interfaciale supérieure
L'environnement à haute pression améliore la liaison interfaciale fibre-résine, permettant d'atteindre des résistances au cisaillement interfaciales de 60 à 80 MPa, nettement plus élevées que les méthodes à pression ambiante (par exemple, infusion sous vide à 40-50 MPa), ce qui améliore les performances de cisaillement interlaminaire.
Polyvalence
Compatible avec divers systèmes pré-imprégnés (époxy, bismaléimide, etc.), il permet la production de composants structurels de haute performance, largement utilisés dans l'aérospatiale (par exemple, fuselage du Boeing 787, fibre de carbone 50%) et les applications automobiles (par exemple, châssis de la BMW i3).
Limites : Coûts d'équipement élevés (plusieurs millions de dollars), forte consommation d'énergie (50 à 100 kWh par cycle) et longue durée des cycles (2 à 6 heures). Cependant, ses avantages globaux sont significatifs dans les applications à haute performance.
Boîtier de moulage en fibre de toner personnalisé
1.1 Principe du processus
Les fibres de carbone pré-imprégnées sont déposées sur un moule selon la séquence de stratification requise, scellées dans un sac sous vide et placées dans un autoclave. Dans des conditions de vide, l'autoclave subit des processus tels que le chauffage, la pressurisation, le maintien, le refroidissement et la dépressurisation. En fournissant simultanément une température uniforme et une pression uniformément répartie à l'intérieur de l'autoclave, le durcissement est obtenu, ce qui permet la formation de structures internes et de surface de haute qualité, de formes complexes et de composants composites en fibre de carbone de grande surface.
1.2 Développement du processus
Le procédé de l'autoclave a été mis au point pour la production de matériaux composites de deuxième génération dans les années 1940 et a commencé à être largement utilisé dans les années 1960. Depuis, il a été largement appliqué dans des domaines de haute technologie tels que l'aérospatiale, les matériaux composites, l'électronique, l'armée, les transports, les équipements sportifs et les nouvelles énergies. Il joue un rôle important, en particulier dans la production de composants de type peau, et est devenu un processus mature. Les produits composites fabriqués en autoclave représentent plus de 50% de la production totale de composites et plus de 80% dans le secteur aérospatial. Actuellement, le procédé autoclave, qui est l'une des principales méthodes de moulage des composants composites en fibre de carbone, est largement adopté par de nombreuses entreprises du secteur de l'aéronautique et de l'aérospatiale. fabricants de pièces composites en fibre de carbone.
1.3 Équipement de traitement
1.3.1 Autoclave
L'autoclave est un équipement de traitement spécialisé conçu pour les caractéristiques de moulage des matériaux composites à base de polymères. Il s'agit de la principale méthode de fabrication de composants composites thermodurcis renforcés par des fibres continues, adaptés aux structures composites avancées, aux structures sandwich en nid d'abeille et aux structures métalliques ou composites collées. Il offre des avantages tels qu'une grande précision dans le contrôle de la température et de la pression, une structure sûre et fiable, une bonne stabilité du système, une faible consommation d'énergie et une facilité d'utilisation et d'entretien. L'autoclave peut être modulaire et sérialisé pour répondre aux besoins de différents domaines, processus et spécifications.
1.3.2 Composants de l'équipement
En tant que système conçu pour le durcissement des composites à base de fibres de carbone, l'autoclave permet un contrôle en ligne séquentiel et en temps réel des paramètres du processus tels que la température, la pression, le vide, le refroidissement et la circulation. L'équipement se compose des éléments suivants :
1. Structure générale: Comprend le corps du réservoir, le mécanisme de la porte du réservoir, le moteur à haute température et la couche d'isolation du conduit d'air, formant un réservoir résistant à la haute pression et à la haute température.
2. Dispositif de verrouillage de sécurité: Comprend un verrouillage automatique de la pression, un verrouillage manuel et un système d'alarme ultra-haute pression.
3. Dispositif d'ouverture rapide des portes: La porte à ouverture rapide manuelle-électrique à double mode permet l'ouverture et la fermeture normales de la porte du réservoir en cas de coupure de courant.
4. Dispositif de scellement: La porte du réservoir utilise un joint gonflable en silicone, capable de résister à une pression élevée.
5. Système de pression: Il se compose d'un compresseur, d'un réservoir de stockage d'air, d'une soupape de contrôle de la pression, de canalisations, d'un transmetteur de pression et d'un manomètre, formant ainsi un système de distribution et de contrôle de la pression. La pression interne peut atteindre 1,5-2,5 MPa avec une erreur ne dépassant pas 0,05 MPa, et est équipée d'un dispositif de sécurité antidéflagrant.
6. Système de chauffage: Comprend des tubes chauffants électriques en acier inoxydable, un ventilateur à haute température, des plaques de conduits d'air, une couche d'isolation et un système de contrôle de la température, avec une puissance de chauffage répondant aux exigences de température et de vitesse de chauffage maximales de la chambre.
7. Système de circulation de la température: Comprend un ventilateur de circulation, des plaques de guidage de l'air et un couvercle de guidage du flux pour accélérer la conduction et la circulation de la chaleur et former un champ de température uniforme.
8. Système d'aspiration: Comprend une pompe à vide, des tuyauteries, une jauge à vide et une vanne à vide, fournissant des conditions de vide pour les préformes composites encapsulées, avec de multiples raccords de tuyauterie à vide pour répondre aux exigences du processus de moulage.
9. Système de contrôle automatique: Utilise un système de contrôle PLC pour obtenir un contrôle de haute précision et un enregistrement en temps réel des paramètres du processus tels que la pression, la température et le refroidissement tout au long du processus.