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Les matériaux composites sont tous associés à des fibres de renfort et à une matière plastique. Le rôle de la résine dans les matériaux composites est crucial. Le choix de la résine détermine une série de paramètres caractéristiques du procédé, certaines propriétés mécaniques et fonctionnalités (propriétés thermiques, inflammabilité, résistance environnementale, etc.), les propriétés de la résine sont également un facteur clé dans la compréhension des propriétés mécaniques des matériaux composites. Lorsque la résine est sélectionnée, la fenêtre qui détermine la gamme de processus et les propriétés du composite est automatiquement déterminée. La résine thermodurcissable est un type de résine couramment utilisé pour les composites à matrice de résine en raison de sa bonne aptitude à la fabrication. Les résines thermodurcies sont presque exclusivement liquides ou semi-solides à température ambiante, et conceptuellement elles ressemblent davantage aux monomères qui composent la résine thermoplastique qu'à la résine thermoplastique à l'état final. Avant que les résines thermodurcissables ne soient durcies, elles peuvent être transformées en différentes formes, mais une fois durcies à l'aide d'agents de durcissement, d'initiateurs ou de chaleur, elles ne peuvent plus être façonnées car des liaisons chimiques se forment pendant le durcissement, ce qui rend les petites molécules transformées en réticulation tridimensionnelle. polymères rigides avec des poids moléculaires plus élevés.

Il existe de nombreux types de résines thermodurcissables, les plus couramment utilisées sont les résines phénoliques,résines époxy, résines bis-cheval, résines vinyliques, résines phénoliques, etc.

(1) La résine phénolique est une des premières résines thermodurcissables avec une bonne adhérence, une bonne résistance à la chaleur et des propriétés diélectriques après durcissement, et ses caractéristiques exceptionnelles sont d'excellentes propriétés ignifuges, un faible taux de dégagement de chaleur, une faible densité de fumée et une combustion. Le gaz dégagé est moins toxique. L'aptitude au traitement est bonne et les composants en matériau composite peuvent être fabriqués par des procédés de moulage, d'enroulement, de stratification manuelle, de pulvérisation et de pultrusion. Un grand nombre de matériaux composites à base de résines phénoliques sont utilisés dans les matériaux de décoration intérieure des avions civils.

(2)Résine époxyest une des premières matrices de résine utilisées dans les structures d'avions. Il se caractérise par une grande variété de matériaux. Différents agents de durcissement et accélérateurs peuvent obtenir une plage de températures de durcissement allant de la température ambiante à 180 ℃ ; il a des propriétés mécaniques plus élevées ; Bon type de correspondance de fibres ; résistance à la chaleur et à l'humidité; excellente ténacité ; excellente fabricabilité (bonne couverture, viscosité modérée de la résine, bonne fluidité, bande passante sous pression, etc.) ; adapté au moulage global de co-durcissement de grands composants ; bon marché. Le bon processus de moulage et la ténacité exceptionnelle de la résine époxy lui permettent d'occuper une position importante dans la matrice de résine des matériaux composites avancés.

(3)Résine vinyliqueest reconnue comme l’une des excellentes résines résistantes à la corrosion. Il peut résister à la plupart des acides, alcalis, solutions salines et solvants puissants. Il est largement utilisé dans la fabrication du papier, l'industrie chimique, l'électronique, le pétrole, le stockage et le transport, la protection de l'environnement, les navires et l'industrie de l'éclairage automobile. Il présente les caractéristiques du polyester insaturé et de la résine époxy, de sorte qu'il possède à la fois les excellentes propriétés mécaniques de la résine époxy et les bonnes performances de traitement du polyester insaturé. En plus d’une résistance exceptionnelle à la corrosion, ce type de résine présente également une bonne résistance à la chaleur. Il comprend le type standard, le type haute température, le type ignifuge, le type résistant aux chocs et d'autres variétés. L'application de la résine vinylique dans les plastiques renforcés de fibres (FRP) repose principalement sur une stratification manuelle, notamment dans les applications anticorrosion. Avec le développement de SMC, son application à cet égard est également très visible.

(4) La résine bismaléimide modifiée (appelée résine bismaléimide) est développée pour répondre aux exigences des nouveaux avions de combat en matière de matrice de résine composite. Ces exigences incluent : de gros composants et des profils complexes à 130 ℃ Fabrication de composants, etc. Par rapport à la résine époxy, la résine Shuangma se caractérise principalement par une résistance supérieure à l'humidité et à la chaleur et une température de fonctionnement élevée ; l'inconvénient est que la fabricabilité n'est pas aussi bonne que celle de la résine époxy et que la température de durcissement est élevée (durcissement au-dessus de 185 ℃) et nécessite une température de 200 ℃. Ou pendant longtemps à une température supérieure à 200 ℃.
(5) La résine ester de cyanure (diacoustique qing) a une faible constante diélectrique (2,8 ~ 3,2) et une tangente de perte diélectrique extrêmement faible (0,002 ~ 0,008), une température de transition vitreuse élevée (240 ~ 290 ℃), un faible retrait, une faible absorption d'humidité, excellent propriétés mécaniques et propriétés de liaison, etc., et sa technologie de traitement est similaire à celle de la résine époxy.
À l'heure actuelle, les résines cyanates sont principalement utilisées sous trois aspects : les cartes de circuits imprimés pour les matériaux structurels de transmission d'ondes numériques à haute vitesse et haute fréquence, haute performance et les matériaux composites structurels haute performance pour l'aérospatiale.

Pour faire simple, résine époxy, les performances de la résine époxy ne sont pas seulement liées aux conditions de synthèse, mais dépendent aussi principalement de la structure moléculaire. Le groupe glycidyle de la résine époxy est un segment flexible qui peut réduire la viscosité de la résine et améliorer les performances du processus, tout en réduisant en même temps la résistance thermique de la résine durcie. Les principales approches pour améliorer les propriétés thermiques et mécaniques des résines époxy durcies sont le faible poids moléculaire et la multifonctionnalisation pour augmenter la densité de réticulation et introduire des structures rigides. Bien entendu, l'introduction d'une structure rigide entraîne une diminution de la solubilité et une augmentation de la viscosité, ce qui entraîne une diminution des performances du procédé de résine époxy. Comment améliorer la résistance à la température du système de résine époxy est un aspect très important. Du point de vue de la résine et du durcisseur, plus il y a de groupes fonctionnels, plus la densité de réticulation est élevée. Plus la Tg. Fonctionnement spécifique : utilisez une résine époxy multifonctionnelle ou un agent de durcissement, utilisez une résine époxy de haute pureté. La méthode couramment utilisée consiste à ajouter une certaine proportion de résine époxy o-méthylacétaldéhyde dans le système de durcissement, ce qui a un bon effet et un faible coût. Plus le poids moléculaire moyen est élevé, plus la distribution du poids moléculaire est étroite et plus la Tg est élevée. Opération spécifique : utilisez une résine époxy multifonctionnelle ou un agent de durcissement ou d'autres méthodes avec une distribution de poids moléculaire relativement uniforme.

En tant que matrice de résine haute performance utilisée comme matrice composite, ses diverses propriétés, telles que l'aptitude au traitement, les propriétés thermophysiques et les propriétés mécaniques, doivent répondre aux besoins des applications pratiques. La fabricabilité de la matrice de résine comprend la solubilité dans les solvants, la viscosité à l'état fondu (fluidité) et les changements de viscosité, ainsi que les changements de temps de gel avec la température (fenêtre de processus). La composition de la formulation de résine et le choix de la température de réaction déterminent la cinétique de la réaction chimique (taux de durcissement), les propriétés rhéologiques chimiques (viscosité-température en fonction du temps) et la thermodynamique de la réaction chimique (exothermique). Différents processus ont des exigences différentes en matière de viscosité de la résine. D'une manière générale, pour le processus de bobinage, la viscosité de la résine est généralement d'environ 500 cPs ; pour le processus de pultrusion, la viscosité de la résine est d'environ 800 ~ 1 200 cPs ; pour le processus d'introduction sous vide, la viscosité de la résine est généralement d'environ 300 cPs, et le processus RTM peut être plus élevé, mais généralement, elle ne dépassera pas 800 cPs ; pour le processus de préimprégné, la viscosité doit être relativement élevée, généralement autour de 30 000 à 50 000 cPs. Bien entendu, ces exigences de viscosité sont liées aux propriétés du procédé, des équipements et des matériaux eux-mêmes, et ne sont pas statiques. D'une manière générale, à mesure que la température augmente, la viscosité de la résine diminue dans la plage de température inférieure ; cependant, à mesure que la température augmente, la réaction de durcissement de la résine se déroule également, cinétiquement parlant, la température. La vitesse de réaction double pour chaque augmentation de 10 ℃, et cette approximation est toujours utile pour estimer le moment où la viscosité d'un système de résine réactive augmente jusqu'à un certain point critique de viscosité. Par exemple, il faut 50 minutes à un système de résine avec une viscosité de 200 cPs à 100 ℃ pour augmenter sa viscosité à 1 000 cPs, puis le temps nécessaire au même système de résine pour augmenter sa viscosité initiale de moins de 200 cPs à 1 000 cPs à 110 ℃ est environ 25 minutes. La sélection des paramètres du procédé doit tenir pleinement compte de la viscosité et du temps de gel. Par exemple, dans le processus d'introduction sous vide, il est nécessaire de garantir que la viscosité à la température de fonctionnement se situe dans la plage de viscosité requise par le processus, et la durée de vie en pot de la résine à cette température doit être suffisamment longue pour garantir que la résine peuvent être importés. En résumé, la sélection du type de résine dans le processus d'injection doit tenir compte du point de gel, du temps de remplissage et de la température du matériau. D'autres processus ont une situation similaire.

Dans le processus de moulage, la taille et la forme de la pièce (moule), le type de renfort et les paramètres du processus déterminent le taux de transfert de chaleur et le processus de transfert de masse du processus. La résine guérit la chaleur exothermique générée par la formation de liaisons chimiques. Plus il y a de liaisons chimiques formées par unité de volume et par unité de temps, plus d'énergie est libérée. Les coefficients de transfert thermique des résines et de leurs polymères sont généralement assez faibles. Le taux d’évacuation de la chaleur pendant la polymérisation ne peut pas correspondre au taux de génération de chaleur. Ces quantités de chaleur supplémentaires entraînent des réactions chimiques plus rapides, ce qui entraîne une réaction auto-accélérée qui finira par conduire à une rupture sous contrainte ou à une dégradation de la pièce. Ceci est plus important dans la fabrication de pièces composites de grande épaisseur, et il est particulièrement important d’optimiser le processus de durcissement. Le problème du « dépassement de température » local provoqué par le taux exothermique élevé de durcissement du préimprégné et la différence d'état (telle que la différence de température) entre la fenêtre de processus globale et la fenêtre de processus locale sont tous dus à la manière de contrôler le processus de durcissement. L'« uniformité de la température » dans la pièce (en particulier dans le sens de l'épaisseur de la pièce), pour obtenir une « uniformité de la température », dépend de la disposition (ou de l'application) de certaines « technologies unitaires » dans le « système de fabrication ». Pour les pièces minces, puisqu’une grande quantité de chaleur sera dissipée dans l’environnement, la température augmente doucement et parfois la pièce ne sera pas complètement durcie. À ce stade, une chaleur auxiliaire doit être appliquée pour achever la réaction de réticulation, c'est-à-dire un chauffage continu.

La technologie de formage des matériaux composites sans autoclave est relative à la technologie de formage en autoclave traditionnelle. D'une manière générale, toute méthode de formage de matériaux composites qui n'utilise pas d'équipement d'autoclave peut être appelée technologie de formage sans autoclave. . Jusqu'à présent, l'application de la technologie de moulage sans autoclave dans le domaine aérospatial comprend principalement les domaines suivants : technologie de préimprégné sans autoclave, technologie de moulage liquide, technologie de moulage par compression de préimprégnés, technologie de durcissement par micro-ondes, technologie de durcissement par faisceau d'électrons, technologie de formage de fluide à pression équilibrée. . Parmi ces technologies, la technologie des préimprégnés OoA (Outof Autoclave) est plus proche du processus de formage en autoclave traditionnel et dispose d'une large gamme de fondations de processus de pose manuelle et de pose automatique, elle est donc considérée comme un tissu non tissé susceptible d'être réalisé. sur une grande échelle. Technologie de formage en autoclave. Une raison importante pour l'utilisation d'un autoclave pour les pièces composites hautes performances est de fournir une pression suffisante au préimprégné, supérieure à la pression de vapeur de tout gaz pendant le durcissement, pour inhiber la formation de pores, et c'est le préimprégné OoA. La principale difficulté que rencontre la technologie doit percer. Le fait que la porosité de la pièce puisse être contrôlée sous vide et que ses performances puissent atteindre les performances d'un stratifié durci en autoclave est un critère important pour évaluer la qualité du préimprégné OoA et de son processus de moulage.

Le développement de la technologie des préimprégnés OoA est né du développement de la résine. Il y a trois points principaux dans le développement de résines pour les préimprégnés OoA : l'un consiste à contrôler la porosité des pièces moulées, par exemple en utilisant des résines durcies par réaction d'addition pour réduire les substances volatiles dans la réaction de durcissement ; la seconde consiste à améliorer les performances des résines durcies pour obtenir les propriétés de la résine formées par le processus d'autoclave, y compris les propriétés thermiques et les propriétés mécaniques ; le troisième est de garantir que le préimprégné a une bonne aptitude à la fabrication, par exemple en garantissant que la résine peut s'écouler sous un gradient de pression atmosphérique, en garantissant qu'elle a une longue durée de vie en viscosité et une température ambiante suffisante en dehors du temps, etc. recherche et développement de matériaux selon des exigences de conception et des méthodes de traitement spécifiques. Les principales orientations devraient inclure : l'amélioration des propriétés mécaniques, l'augmentation du temps externe, la réduction de la température de durcissement et l'amélioration de la résistance à l'humidité et à la chaleur. Certaines de ces améliorations de performances sont contradictoires. , comme une ténacité élevée et un durcissement à basse température. Il faut trouver un point d’équilibre et le considérer de manière globale !

Outre le développement de la résine, la méthode de fabrication du préimprégné favorise également le développement d'applications du préimprégné OoA. L'étude a révélé l'importance des canaux sous vide préimprégnés pour fabriquer des stratifiés à porosité nulle. Des études ultérieures ont montré que les préimprégnés semi-imprégnés peuvent améliorer efficacement la perméabilité aux gaz. Les préimprégnés OoA sont semi-imprégnés de résine et les fibres sèches sont utilisées comme canaux pour les gaz d'échappement. Les gaz et substances volatiles impliqués dans le durcissement de la pièce peuvent être évacués par des canaux tels que la porosité de la pièce finale soit < 1 %.
Le processus d'ensachage sous vide appartient au processus de formage sans autoclave (OoA). En bref, il s'agit d'un processus de moulage qui scelle le produit entre le moule et le sac sous vide, et met le produit sous pression par aspiration pour rendre le produit plus compact et de meilleures propriétés mécaniques. Le principal processus de fabrication est

Tout d'abord, un agent de démoulage ou un tissu de démoulage est appliqué sur le moule de superposition (ou la feuille de verre). Le préimprégné est inspecté selon la norme du préimprégné utilisé, comprenant principalement la densité superficielle, la teneur en résine, les matières volatiles et d'autres informations du préimprégné. Coupez le préimprégné à la bonne taille. Lors de la coupe, faites attention au sens des fibres. Généralement, l'écart de direction des fibres doit être inférieur à 1°. Numérotez chaque unité de suppression et enregistrez le numéro de préimprégné. Lors de la superposition des couches, les couches doivent être posées en stricte conformité avec l'ordre de superposition requis sur la feuille d'enregistrement de superposition, et le film PE ou le papier antiadhésif doit être connecté dans le sens des fibres, et les bulles d'air doivent être chassé dans le sens des fibres. Le grattoir étale le préimprégné et le racle au maximum pour éliminer l'air entre les couches. Lors du drapage, il est parfois nécessaire d'épisser des préimprégnés, qui doivent être épissés dans le sens des fibres. Dans le processus d'épissage, un chevauchement et moins de chevauchement doivent être obtenus, et les coutures d'épissage de chaque couche doivent être décalées. Généralement, l'espace d'épissage du préimprégné unidirectionnel est le suivant. 1 mm ; le préimprégné tressé peut uniquement se chevaucher, sans épissage, et la largeur de chevauchement est de 10 à 15 mm. Ensuite, faites attention au pré-compactage sous vide, et l'épaisseur du pré-pompage varie en fonction des différentes exigences. Le but est d'évacuer l'air emprisonné dans le drapage et les volatiles dans le préimprégné pour garantir la qualité interne du composant. Il y a ensuite la pose des matériaux auxiliaires et l'ensachage sous vide. Scellement et durcissement des sacs : La dernière exigence est de ne pas pouvoir laisser échapper d’air. Remarque : L'endroit où il y a souvent des fuites d'air est le joint de mastic.

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