Étude de la stabilité dimensionnelle d'un revêtement polymère sur placage de bois pour structures intérieures d'avions

Actuellement, le système multicouche employé pour revêtir les panneaux composites destinés à meubler la cabinetterie des avions de Bombardier est sujet à ce que l’on appelle « l’instabilité dimensionnelle ». Ce terme est plus communément connu sous le nom de « peau d’orange » et fait référence aux irrégularités topologiques dudit fruit. Ces défauts sont synonymes de délais, voire de retours, et s’accompagnent de pertes économiques majeures. L’objectif principal de ce projet consiste à étudier les mécanismes sous-jacents à la formation de l’instabilité dimensionnelle dans la cabinetterie en composite des avions d’affaires. Un vaste éventail de techniques analytiques a été sélectionné afin de détecter l’instabilité dimensionnelle, d’en déterminer les origines (une combinaison de facteurs est soupçonnée), et de comprendre les conditions responsables de son apparition. Une phase d’étude préliminaire fait mention des principales techniques de caractérisation physico-chimique employées par l’Université de Montréal (microscopie optique et à force atomique, spectroscopie et microscopie infra-rouge à transformée de Fourier, et profilométrie à contact) et présente les conclusions associées à ce jour. On présente ensuite la conception, le développement et le fonctionnement d’un outil destiné à quantifier l’aspect peau d’orange : l'Anatex. Dans l’optique de confirmer le bon fonctionnement de l'Anatex, une corrélation des résultats obtenus avec cet outil a été effectuée avec ceux d’un profilomètre à contact – outil disponible et capable de quantifier l'aspect peau d'orange au sens de la littérature. Finalement, l'analyse d'échantillons de panneaux composites préparés spécifiquement pour cette étude, et selon les standards de Bombardier, a servi à évaluer l’influence de l’essence de la feuille de bois ornementale du contreplaqué et l’impact du traitement ignifuge – deux matériaux constituants les panneaux composites. Ces échantillons ont subi des traitements thermo-hygrométriques différents et destinés à provoquer l’apparition du défaut peau d’orange. Les analyses de ces échantillons ainsi traités ont été réalisées avec un profilomètre à contact, l'Anatex et un Wave-Scan DOI – outil actuellement employé dans l'industrie pour détecter et quantifier l'effet peau d'orange. Ces essais ont permis, entre autres, de comparer les résultats de l'outil développé en interne avec ceux de l'outil industriel, et de détecter certaines des limites de l'Anatex. Presently, Bombardier Aerospace is experiencing challenges associated with dimensional instability in the clear coat finish that is applied to the veneer on aircraft cabinetry. The “dimensional instability” term is also known as the “orange-peel defect” and refers to topological irregularities. The ongoing product failures lead to delays in delivery of the aircraft, return of the aircraft for reworking the veneer finishing, and accompanying economic loss. The goal of the proposed research is to investigate the underlying mechanisms of defect formation in composite cabinetry in business aircraft. A wide array of analytical techniques has been used to detect the dimensional instability, to determine its origins (a combination of factors is suspected) and to understand the conditions that lead to its development. A preliminary study lists the main physico-chemical characterization methods used by Université de Montréal (optical and atomic force microscopies, Fourier transform infra-red spectrometry and microscopy, and contact profilometer) and introduces the present conclusions. Next, the conception, the development and the functioning of a tool designed to quantify the orange-peel defect, the Anatex, is described. In this context, the results of the Anatex and those of the contact profilometer have been correlated leading to a calibration curve that confirms that the Anatex is operating as expected. According to the literature, the contact profilometer is an appropriate tool to quantify the orange-peel. Finally, analyses carried out on samples of custom-made composite panels, prepared according to Bombardier’s standards, have been used to evaluate the influence of the wood veneer top layer species and the impact of the fire retardant; those two materials are part of the composite panels. Samples underwent different thermohygrometric treatments intended to cause orange-peel defects. Analyses on treated samples were performed with a contact profilometer, the Anatex and a Wave-Scan DOI – a tool currently employed in the industry to detect and quantify orange-peel defects. Amongst others, the results gave the opportunity to compare both devices, and some of the Anatex’s limits were detected.

Keyphrases: Instabilité dimensionnelle ou effet peau d’orange, Panneaux composites, Cabinetterie des avions, Essence de bois, Traitement ignifuge, Traitement thermo-hygrométrique, Vernis ultra-brillants, Dimensional instability or orange-peel defect, High-gloss varnishes, Composites panels, Aircraft cabinetry, Wood species, Fire retardant treatment, Thermo-hygrometric treatments