Resin volumetric changes and surface finish characterization of composite automotive panels

The automotive industry is increasingly using resin transfer moulding (RTM) to produce composite body panels at high volumes and low costs. However, one of the recurring issues is the control of the parts surface finish, which is closely linked to the resin volumetric changes during cure. These volumetric changes are caused by the resin cure shrinkage and thermal expansion which depend on material and processing parameters. Low profile additives (LPA) are thermoplastic particles incorporated to unsaturated polyester (UP) resin to compensate for cure shrinkage. The effect of LPA content and degree of cure on the volumetric cure shrinkage and the coefficient of thermal expansion (CTE) were investigated with a modified rheology procedure and thermo-mechanical analysis (TMA). The resin glass transition temperature (Tg) was also evaluated from the TMA results. The resin characterization efforts were validated through the moulding of Class A F3P glass preform composite panels under optimized processing conditions in order to obtain the best surface finish. The average roughness (Ra) and the average waviness (Wa) were measured by profilometry. To observe the effect of the painting process on the surface quality of the panels, the latter were submitted to low-temperature and high-temperature painting cycles according to the industry standards. Their surface finish was then measured again by profilometry and related to the as-moulded results. The results of the cure shrinkage and thermal expansion characterization were finally used to predict the dimensional changes of a panel during typical manufacturing by RTM. The surface quality was improved after the low-temperature painting cycle. There was however a decrease of quality after the high-temperature cycle. The dimensional changes predictions of typical UP/fibreglass panels during RTM were found to be in accordance with surface finish measurements.L'industrie automobile utilise de plus en plus le procédé d'injection sur renfort (RTM) pour produire des carrosseries à grand volume, mais à faible coût. Par contre, un des problèmes communs est le contrôle du fini de surface des pièces, lié de près aux changements volumétriques de la résine durant la polymérization. Ces changements volumétriques sont causés par le rétrécissement de la résine durant la polymérization et l'expansion thermique, tout deux dépendant des paramètres du procédé et des matériaux. Les agents anti-retrait (LPA) sont utilisés pour compenser le rétrécissement des résines polyester insaturé (UP). L'effet des LPA et du degré de polymérization sur le rétrécissement de la résine et le coefficient d'expansion thermique (CTE) a été investigué à travers l'utilisation d'un rhéomètre et d'un analyseur thermo-mecanique (TMA). La température de transition vitreuse a également été déterminée par les résultats du TMA. La validation des résultats de la caractérisation de la résine a été réalisée par la production de panneaux UP/fibre de verre classe A selon les conditions optimales du procédé RTM pour obtenir le meilleur fini de surface. La rugosité moyenne (Ra) et l'ondulation moyenne (Wa) ont été mesurés par profilométrie. L'effet du procédé de peinturage sur le fini de surface a été evalué en soumettant les panneaux à un cycle basse-température et un cycle haute-température selon les standards de l'industrie automobile. Le fini de surface a été mesuré à nouveau par profilométrie et comparé aux résultats précédents. Les résultats de rétrécissement et d'expansion thermique de la résin ont finalement été utilisés pour prédire les changements dimensionels d'un panneau durant sa fabrication par RTM. Le fini de surface a été amélioré suite au cycle de peinturage à basse-température. Il y a cependant eu une diminution de la qualité après le cycle haute-température