Brevet FR2900236A1 — 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. L'intérêt de ce dispositif est qu'il repose sur de simples mesures de pression d'un fluide injecté dans un outillage cylindrique accueillant le renfort. Cette technique se révèle simple et facile à mettre en oeuvre dans la mesure où elle ne nécessite pas d'appareillages particuliers utilisés dans d'autres procédés. L'outillage est dans un premier temps prévu pour déterminer la perméabilité dans le sens transverse (direction z) du renfort. L'utilisation d'un équipement complémentaire qui s'adapte sur l'outillage principal permet par ailleurs d'obtenir la perméabilité dans une direction quelconque dans le plan (x,y) du renfort. Théorie : Le procédé repose 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 = - - E K?i ; ax> Avec : v,.: vitesse du front de matière dans la direction i : viscosité du fluide 30 K;; : 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 unidirectionnel, la loi de Darcy devient donc : K=17AL AAPe Avec : K : perméabilité Q : débit viscosité du fluide 10 AL : distance parcourue par le fluide AP : différence de pression sur la distance parcourue par le fluide s : porosité du renfort A : surface de progression du fluide 15 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 traitement de données). 25 o Description de l'outillage Figure 1 : outillage en position ouverte Figure 2 : outillage en position fermée 30 Figure 3 : outillage en position fermée et prêt à l'emploi L'outillage se compose d'une chambre cylindrique (1) et d'un piston (2). La longueur de la cavité (3) obtenue après fermeture du dispositif peut être réglée en intercalant une ou plusieurs cales 35 cylindriques calibrées (4) entre la chambre et la tête du piston.5 -- 3 -- La fermeture du dispositif est assurée par des vis (5). L'étanchéité entre chambre et piston est assurée par un joint torique (6) en bout de cylindre. Un canal cylindrique est percé de manière centrale sur toute la 5 longueur du piston (7) et de manière identique en fond de chambre (8). L'outillage fermé est dimensionné de telle sorte qu'il puisse supporter des pressions internes élevées sans se déformer. 10 Le dispositif est relié à la machine d'injection. L'injection s'effectue au niveau de l'entrée du canal sur la tête du piston (9). L'autre extrémité du canal constitue l'évent de sortie du fluide (10). 15 Par ailleurs, l'outillage est équipé de deux capteurs de pression placés latéralement de part et d'autre de la cavité ; le premier sur la tête du piston (11), le second sur la chambre avant l'évent (12). Ces capteurs sont vissés de manière à assurer l'étanchéité en leur périphérie et à ce que leur cellule de mesure (13) affleure le canal 20 central. Ils sont reliés au système informatique. Utilisation du dispositif - Un échantillon de renfort, préalablement découpé à la 25 dimension de l'outillage est placé en fond de chambre. - Cet échantillon est encadré par deux grilles (14) permettant une répartition homogène du débit dans tout l'échantillon (répartition du fluide sur toute la surface de l'échantillon en entrée et minimisation des pertes de charges en sortie dues à 30 la réduction de section d'écoulement). - L'épaisseur de la cavité, déterminée à l'avance en fonction des taux de compression et de porosité désirés, est ajustée grâce au positionnement des cales. - Le fluide, de viscosité connue, est injecté à un débit constant 35 déterminé par avance. - La pression que le fluide exerce sur les deux capteurs est mesurée et enregistrée tout au long de l'injection. -- 4 -- Exploitation des mesures Le test décrit précédemment nous permet de déterminer tous les 5 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 : 10 Pour chaque essai, il est possible d'entrer à posteriori chaque 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 15 l'épaisseur de cales), surface de l'échantillon (qui correspond à la surface du front de matière), porosité du renfort. 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. 20 Pour chaque essai, la courbe de pression de chaque capteur est tracée en temps réel. Lorsque le test est terminé, il est possible de choisir le ou les instants précis de l'essai (choix rendu plus facile grâce à la courbe), ou l'on désire calculer la perméabilité. Ceci nous permet 25 donc 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 déjà traversé le renfort et s'écoule à travers le matériau saturé 30 en fluide. Autres modes de mesures applicables au dispositif Il est possible d'utiliser l'outillage à pression constante et non plus 35 à débit constant. L'utilisation du dispositif est la même, seule l'expression de la loi de Darcy diffère. -- 5 -- Si le renfort à tester est suffisamment épais (épaisseur supérieure au diamètre intérieur de la chambre) pour être placé dans l'outillage, il est possible d'effectuer une mesure de perméabilité dans l'une des directions du plan (x,y) du matériau. Cette direction devra être choisie à l'avance et l'échantillon prédécoupé en conséquence. S'il n'est pas assez épais, il est possible d'adapter un équipement (Figure 4). Il s'agit d'un cylindre qui se glisse dans la chambre du piston et qui peut accueillir un échantillon de renfort parallélépipédique, orienté selon le choix de l'utilisateur. L'épaisseur du matériau est ajustée par une cale étanche (15). Dans les deux cas, l'utilisation de l'outillage est identique. 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesure de la perméabilité dans la direction z transverse d'un renfort fibreux, caractérisé par sa forme (Figure 1), ses capteurs de pression (11 et 12), son système de cales (4), ses grilles de répartition (14) et son équipement complémentaire cylindrique (Figure 4). 2) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par sa forme cylindrique en deux partie : chambre (1) et piston (2) (Figure 1). 3) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par ses capteurs de pression (11 et 12) dont la cellule de mesure (13) affleure le canal central d'injection. 4) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par la position des capteurs de pression de part et d'autre du renfort (11 et 12). 5) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par son équipement complémentaire cylindrique (Figure 4) pour les tests dans les directions x et y. 6) Dispositif, selon les revendications let 2, caractérisé par son système de cales d'épaisseur ajustable entre chambre et piston (4). 7) Dispositif, selon les revendications 1 et 5, caractérisé par le système de cales d'épaisseur ajustable pour l'équipement complémentaire cylindrique (15). 8) Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par les grilles de répartition de fluide (14) en surface du renfort.