Brevet FR2900237A1 — publié le 20071026

La présente invention est destinée à mesurer la perméabilité de renforts fibreux utilisés pour la fabrication des matériaux composites. Cette caractéristique, intrinsèque au matériau, est indispensable pour simuler et appréhender le comportement d'une résine lors d'une injection sur ce type de renfort. Cette invention est prévue pour déterminer la perméabilité dans au moins deux directions (dont 2 perpendiculaires) du plan (x,y) du renfort. L'intérêt de ce dispositif est qu'il repose sur de simples mesures de pression d'un fluide injecté dans un moule plat accueillant le renfort. Cette technique se révèle simple et facile à mettre en oeuvre dans la mesure où elle ne nécessite pas d'appareillage particuliers (tomographe, ultrasons, moule transparent) utilisés dans d'autres procédés. Théorie : Le procédé se base entièrement sur l'exploitation de la loi de Darcy qui régit l'écoulement d'un fluide à travers un milieu poreux. Par définition, cette loi s'écrit : 1 aP V,. = --E K ~; mi Avec : v,.: vitesse du front de matière dans la direction i 1 viscosité du fluide 30 : composante selon ij du tenseur de perméabilité aP : différence de pression axe : déplacement dans la direction j La vitesse peut s'exprimer en fonction du débit de fluide et du 35 volume rempli par le fluide.25 -2 A débit constant et pour un écoulement bidirectionnel circulaire, la loi de Darcy devient : K= QI/ lni 27rAPsh r2 Avec : K : perméabilité Q : débit Io : viscosité du fluide r, et r2 : rayons parcourus par le front de matière aux temps tl et t2 oP : différence de pression relevée entre ri et r2 : porosité du renfort 15 h : entrefer Description du dispositif : o Matériel nécessaire 20 Outre l'outillage à proprement parler qui sera décrit ci-dessous, le procédé nécessite l'utilisation d'une machine d'injection capable d'injecter à pression ou à débit constant ainsi que d'un matériel informatique approprié (ordinateur, système d'acquisition et de 25 traitement de données). o Description de l 'outillage Figure 1 : vue en coupe de l'outillage fermé 30 Figure 2 : vue du dessus de la matrice L'outillage est constitué d'un moule horizontal en acier de planéité parfaite, dimensionné de telle sorte qu'il puisse supporter des pressions élevées sans provoquer de variations de l'entrefer (1). 35 Cet entrefer entre matrice (2) et poinçon (3) est ajustable. Son5 - 3 réglage s'effectue en intercalant des cales périphériques calibrées (4) facilement positionnables. L'étanchéité du moule fermé est assurée par un joint gonflable (5), s'adaptant ainsi aux différents entrefers possibles. La matrice du moule est par ailleurs équipée d'un évent périphérique (6) permettant l'évacuation du trop plein de fluide injecté. Le moule est muni d'une tête d'injection (7) et de plusieurs 10 capteurs de pression. La tête d'injection est placée au centre du poinçon. Cette tête d'injection est reliée à la machine d'injection. Les capteurs sont disposés sur la matrice de la façon suivante : 15 - le premier capteur (8) se situe directement sous la tête d'injection, au centre du moule - les autres capteurs (9) sont disposés sur les axes x et y du repère centré sur le premier capteur Ces capteurs sont vissés dans la matrice dans des trous usinés à cet 20 effet et de manière à ce que leur cellule de mesure (10) affleure la surface de la matrice. Ces capteurs permettent par ailleurs de déterminer l'avancée du front (temps de passage au niveau des capteurs) de matière dans les directions x et y. 25 Utilisation du dispositif - Un échantillon de renfort, préalablement découpé à la dimension du moule est placé dans le dispositif. - L'entrefer de l'outillage, déterminé à l'avance en fonction 30 des taux de compression et de porosité désirés, est ajusté grâce au positionnement des cales. - Le fluide, de viscosité connue, est injecté à un débit constant déterminé par avance. - La pression que le fluide exerce sur les capteurs est mesurée 35 et enregistrée tout au long de l'injection au niveau de chaque capteur. 5 - 4 Exploitation des mesures Le test décrit précédemment nous permet de déterminer tous les facteurs de la loi de Darcy, et donc de calculer la valeur de la perméabilité. Le calcul de la perméabilité s'effectue automatiquement grâce à un logiciel dont le programme est tel que : Pour chaque essai, il est possible d'entrer à posteriori chaque lo paramètre qui sera utilisé lors de l'essai et qui sera pris en compte dans le calcul de la perméabilité : débit d'injection du fluide, viscosité du fluide, épaisseur du renfort (qui correspond à l'épaisseur de cales), porosité du renfort. ri et r2 sont imposés par la position des capteurs. 15 Pour chaque essai, il est possible d'imposer une période d'échantillonnage, c'est-à-dire une fréquence de relevé de pression pour chaque capteur. Pour chaque essai, la courbe de pression de chaque capteur est tracée en temps réel. 20 Lorsque le test est terminé, il est possible de choisir le ou les instants précis de l'essai (choix rendu plus facile grâce aux courbes), ou l'on désire calculer la perméabilité. Etant donné que plusieurs capteurs sont placés sur chaque axe, le programme détermine plusieurs AP et donc plusieurs valeurs de perméabilité. 25 Ceci permet d'accroître la précision de la mesure. Cela nous permet par ailleurs de déterminer : - une perméabilité dite en régime transitoire , en début d'injection lorsque le fluide pénètre dans le renfort sec. - une perméabilité dite en régime saturé , lorsque le fluide a 30 déjà traversé le renfort et s'écoule à travers le matériau saturé en fluide. Dans le cas où le fluide se répand de manière elliptique et non circulaire (cas d'un renfort non orthotrope dont la perméabilité 35 n'est pas la même dans les deux directions perpendiculaires), il permet de calculer les perméabilités selon x et selon y en prenant en compte le rapport d'élancement (rapport entre petite et grande -5 diagonale) de l'ellipse obtenue. Ce rapport d'élancement est calculé grâce au relevé des temps de passage sur les différents capteurs. Autres modes de mesures applicables au dispositif Il est possible d'utiliser l'outillage avec une injection de fluide à pression constante et non plus à débit constant. L'utilisation du dispositif est la même, seule l'expression de la loi de Darcy diffère. Il est possible de placer une ou plusieurs séries de capteurs supplémentaires dans des directions autres que x ou y ; ceci dans le but de déterminer la valeur de perméabilité dans chacune de ces directions. 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de la perméabilité dans deux directions du plan (x,y) d'un renfort fibreux, caractérisé par ses capteurs de pression (8 et 9), son système de cales (4) et son système d'injection (7). 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par l'utilisation de capteurs de pression (8 et 9) dont la cellule de mesure (10) affleure la surface de la matrice (2). 3) Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé par la disposition des capteurs de pression (9). Ceux-ci sont placés selon les axes x et y d'un repère orthonormé centré sur le centre du moule (Figure 2). Un capteur est par ailleurs placé au centre (8), à l'intersection des axes x et y. 4) Dispositif, selon les revendications 1 et 3, qui inclus au moins 3 capteurs de pression dans chacune des directions x et y (Figure 2). 5) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par son injection centrale (7). 6) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par son système de cales d'épaisseur ajustable (4).