Analysis and modeling of the dynamic polymerization of thermosetting matrix composites

La cuisson rapide de préimprégnés est une problématique d'actualité qui sous entend les nécessités de rentabilité dans l'industrie aéronautique. Cette étape est basée sur la maîtrise du degré d'avancement de réaction du système thermodurcissable au cours du cycle qui régit l'ensemble des propriétés finales des pièces composites. La caractérisation et la modélisation cinétique du préimprégné aéronautique M21/T700 sont réalisées en vue d'appliquer des dynamiques de mise en oeuvre rapides applicables sur une installation de thermocompression dotée d'un moule chaué par induction de technologie Cage System de Roctool. La construction de diagrammes Temps Température Transformation et la réalisation d'un couplage thermo-cinétique par éléments finis permettent de proposer des cycles optimisés d'une durée de moins de 2 heures (au lieu de 4h30 en cuisson autoclave), en préservant la présence de particules de thermoplastiques dans la matrice. L'étude des propriétés des plaques fabriquées montre des résultats comparables à ceux obtenus pour des pièces mises en oeuvre lors de cycles standards de fabrication à l'aide du procédé autoclave.The increase of composite content in aerospace structures requires an improvement of profitability through high curing processes. The curing step is based on the control of the degree of cure of the thermosetting system that governs the final properties of the composite parts. The Cage System technology from the Roctool company enables high curing rates thanks to induction heating system. Thus, the characterization and the kinetic modeling of the M21/T700 aeronautical prepreg have been realized for such sollicitations (i.e. high heating rates). To provide a better temperature control, the thermal and kinetic interactions are also considered by finite element modeling of composite thickness. Time Temperature Tranformation diagrams have been set up to build short curing cycle of less than 2h (instead of 4h30 in autoclave curing), considering the presence of thermoplastic particules. Finally, the part properties are in good agreement with the autoclave cycle recommended by the material supplier