Brevet FR2639117A1 — publié le 19900518

La présente invention concerne un appareil de mesure de l'état dc polymérisation des matières plastiqucs thermodurcissables sous forme de feuilles prcimprégnécs. Les matériaux tels que les résines thermodurcissables occupent une place importante dans la technologie de notre époque (transport, etc...) et il est trds intéressant dc connaîtrc Icur état de polymérisation, qui peut évoluer lors du stockage prolonge cn usine, ou cotre hétérogène au sein mêmc du matériau, avant Icur mise cn ocuvre. Par ailleurs, il existe déjà des appareils pour la mesure de cet état tels que les viscoélasticimètres KINEMAT )ou VANHOGRAPHE Mais ces appareils ne peuvent être utilisés qu'en laboratoire et par du personncl qualifié. Le but de la présente intervention est la conception nouvelle d'un appareil simplc permettant des mesures de l'état de polymérisation de résincs thermodurcissables sous forme de feuilles préimprégnées, par des essais simples, rapides, sensibles, reproductibles sur des quantités de substances faibles. Une autre originalité de ladite invention est une méthode d'interprétation rapide et facile des résultats obtenus, pouvant être effectuée par du personnel non qualifié ct sur les lieux de mise en oeuvre de production, pour décider de l'utilisation possible ou non du matériau. L'appareil, objet de la présente invention, comprend une boîte parallélépipédiquc contenant le matériel électrique, dont la face avant porte les boutons de commandes (1), le cadran de température (2), l'enregistreur (3), et les témoins lumineux (1), ainsi que la porte de la mini-enceinte (4) dans laquelle le préimprégné est testé. En face arrière, on peut voir l'interrupteur de mise sous tension (5), le ventilatcur extracteur évitant la surchauffe du matériel électrique, la grille d'aération (7) et la porte (8) d'accès aux automatismes. On représente sur la figure 1)3 et 2)3 un exemple non limitatif d'un tel appareil. La mini-enceinte de chauffage est constituée d'une boîte cn acier inoxydable dont la base est le support indéformable (9) du système de maintien du préimprégné. Le volume de cette enceinte est suffisamment grand pour contenir le dispositif d'essais et suffisamment petit pour être à température d'essai très rapidement, et ce de façon homogène. Le tout est isolé thermiquement. La porte est constituée d'un cadre supportant l'isolation par double vitrage, et vient s'appliquer sur un joint assurant le maintien de la température dans l'enceinte. Le chauffage (11) se fait par air pulsé dans une double paroi de la mini-enceinte, il est régulé à température désirée par un régulateur (12) avec cadran de température (visible en face AV: (2)). La mini-enceinte contient le dispositif d'essai mécanique : les mors (10) constituant les appuis d'encastrement du préimprégné, le couteau de flexion (13) appliquant la charge constante de l'essai au centre du préimprégné. A ce couteau est relié Ic dispositif de mesure de la flèche obtenuc lors de l'essai à la température requise du préimprégné (Ic couteau étant posé sur Ic préimprégné, son déplacement est égal à la flèche du matériau testé). Lc dispositif de mesure est constitué par un fil (14) supportant le noyau libre d'un capteur inductif (15) qui convertit donc la flèche en tension électrique transcritc sur un enregistreur à tracé continu. La charge est constitue par Ic poids du couteau (13), du fil (14) rcliant le couteau au noyau du captcur inductif (15), et du poids de celui-ci. Lc poids total est suffisamment important pour révéler l'évolution des caractéristiques physico-chimiques du préimprégné, et suffisamment faible pour ne pas prendre en compte uniquement la rigidité du renfort (fibrcs, et toutes charges renforçantes). La simplicité d'utilisation de l'invention est due à une automatisation approprié qui limite le nombre de manipulation de l'opérateur. Le principe de mesure original de l'essai et l'interprétation des résultats retenus par la présente invention sont décrits ci-dessous. II existe une relation entre la résistance à la flexion, le module d'élasticité et la rigidité du matériau, chacune de ces différentes grandeurs devant obligatoirement évoluer en fonction de l'état de polymérisation du préimprégné. Dans la mini-enceinte close, on place entre appuis d'encastrement une éprouvette de préimprégné. Par chauffage à une température choisie, on polymérise celle-ci totalement. La transformation thermo-chimique modifiant la rigidité du produit testé, la flèche de celui-ci, sous une charge constante, varie selon l'état d'avancement de polymérisation. Dans le cas d'un préimprégné déjà polymérisé, la variation de flèche enregistrée sera faible voire nulle ; au contraire, dans le cas du même préimprégné non polymérisé, la variation de flèche sera maximale. Pour des préimprégnés "vieillis", on observera les cas intermédiaires, la variation de la flèche augmentant à l'inverse de l"'âge" du préimprégné. De plus, l'établissement de la flèche maximale caractérise la cinétique de polymérisation et permet de bien adapter les paramètres de la machine -mettant en oeuvre le préimprégné. On peut définir une "vitesse" de polymérisation comme étant le rapport bF/4 t, bF étant la variation de la flèche entre le début et la fin de l'essai, et dt t la variation de temps entre l'application de la charge et l'obtention du palier de flèche constante. Ces variations croissant en sens inverse, avec l'état d'avancement de la réaction de polymérisation du préimprégné ; leur rapport permet d'établir une caractéristique, que l'on peut appeler "vitesse de polymérisation", évaluant de façon plus significative que AF et t, dans une plus grande gamme de valeur, permettant ainsi une caractérisation plus précise de l'état du préimprégné et qui facilite ainsi la différenciation des cas ambigus d'aptitudc ou dc non-aptitude à la mise en oeuvrc. Les courbes obtenues grâce à l'enregistreur à tracé continu peuvent être comparées à des courbes étalons constituant les cas limites d'utilisation ; ainsi Icur interprétation sur Ic licu dc travail est simple ct rapidc. Un modc opératoire sommaire préférentiel de manipulation dc l'appareil est décrit ci-après. Avant manipulation, on place l'appareil sur un support stable, et l'on règle l'horizontalité du montage supportant le capteur grâce au niveau à bullc. Ce réglage permet le libre déplacement du noyau du capteur qui se place physiquement à la verticale. On préchauffe ensuite l'appareil à la température désirée pour mettre à même niveau thermique tous les éléments du système. On peut alors effectuer un essai. L'ouverture de la porte commande l'ouverture automatique des mors d'encastrement, dans lesquels on place un échantillon de préimprégné. La fermeture de la porte verrouille les mors et permet le démarrage de l'essai de flexion, le bouton de commande MARCHE actionné, commande le chauffage, I'enregistrement et la chute du couteau d'essai. Au bout du temps choisi comme fin d'essai ou à l'obtention du critère de fin d'essai sur la courbe enregistrée (palier par exemple), il suffit d'actionner le bouton ARRET, d'ouvrir la porte de l'enceinte et de dégager le préimprégné après avoir relevé le couteau, un autre essai peut alors être effectué. L'entretien se limite au nettoyage régulier des mors avec un solvant volatil approprié. On donne ci-après des exemples de résultats non limitatifs que l'on peut obtenir à l'aide de la présente invention (d'après les courbes enregistrées de la planche 3/3) Produits testés F (en mm) t (en s) F/ t Fig 1 Préimprégné neuf non polymérisé 0,31 72 4,3 x 10-3 Fig 2 Préimprégné vieilli prépolymérisé 0,26 97 268 x Fig 3 Préimprégné vieilli quasi totalement polymérisé 0,21 121 1,i3 x 10 3 Il est aussi démontré qu'avec l'appareil objet de la présente invention, ct l'interprétation des résultats obtenus avec celui-ci, on peut déterminer rapidement et sûrement l'état de polymérisation d'un préimprégné. Il va de soi qu'il ne serait pas faire novation au présent brevet que d'utiliscr ccluici pour déterminer la variation en température de l'état physico-chimique de matériaux autres que les matières plastiques thermo-durcissables. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de l'état de polymérisation de feuilles de résines thermodurcissables chargées constitué d'unc enccinte chauffée et régulée et d'un systeme électro-mécanique exerçant une charge constante avec enregistrement dc l'aptitude à la déformation en température en fonction du temps. 2. Appareil de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les échantillons utilisés sont de taille représentative du matériaux. 3. Appareil de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un automatisme approprié rendant son utilisation très simple.