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Le procédé d'autoclave consiste à disposer des préimprégnés selon les spécifications de stratification dans un moule, à les sceller sous vide, puis à placer l'ensemble dans un autoclave. Sous l'effet de la chaleur et de la pressurisation à l'intérieur de l'autoclave, le matériau subit une réaction de polymérisation, transformant l'ébauche de préimprégné en la forme souhaitée tout en répondant aux exigences de qualité du composant.

Avantages du procédé d'autoclave :

Répartition uniforme de la pression dans la cuve : La pressurisation par air comprimé, gaz inertes (N₂, CO₂) ou mélanges gazeux assure une pression égale en tout point de la surface du sac sous vide. Ceci permet une pression uniforme lors du formage et du durcissement des composants.

Température uniforme de l'air à l'intérieur du réservoir : le gaz de chauffage (ou de refroidissement) circule rapidement dans le réservoir, maintenant ainsi une température homogène. Grâce à une conception optimisée du moule, les écarts de température au niveau de la pièce sont minimaux lors des cycles de chauffage et de refroidissement, tant qu'elle est scellée dans le moule.

Large applicabilité : La conception relativement simple du moule permet une efficacité élevée, le rendant idéal pour le formage de surfaces complexes de grande surface telles que des revêtements, des panneaux et des coques. Il permet de produire diverses structures et composants complexes de différentes dimensions. Les conditions de température et de pression à l’intérieur de l’autoclave répondent aux exigences de formage de la quasi-totalité des matériaux composites à matrice polymère.

Procédé de formage stable et fiable : la pression et la température uniformes à l’intérieur de l’autoclave garantissent une qualité constante des pièces. Les composants fabriqués par ce procédé présentent une faible porosité et une teneur en résine homogène. Comparées à d’autres méthodes de formage, les pièces produites par autoclave offrent des propriétés mécaniques stables et fiables. À ce jour, la grande majorité des pièces composites à fortes contraintes utilisées dans l’aérospatiale sont fabriquées par ce procédé.

Inconvénients du procédé d'autoclavage :

Investissement et coût élevés : Comparés à d’autres procédés, les systèmes d’autoclave sont volumineux, structurellement complexes et classés comme appareils à pression, ce qui rend la construction d’un autoclave de grande taille extrêmement coûteuse. Chaque cycle de polymérisation consomme des quantités importantes de matériaux auxiliaires onéreux tels que des sacs sous vide, des joints d’étanchéité, des films de démoulage, des tapis perméables et des tissus de démoulage. De plus, le procédé consomme des quantités considérables d’eau, d’électricité et de gaz.

Principales applications du procédé d'autoclave :

Aérospatiale : panneaux de revêtement, nervures, cadres, carénages, etc.

Automobile : Panneaux de carrosserie et composants structurels tels que panneaux de capot intérieurs/extérieurs, panneaux de porte intérieurs/extérieurs, panneaux de toit, ailes, longerons, montants B, etc.

Transport ferroviaire : traverses, longerons, etc. ;

Industrie maritime, biens de consommation haut de gamme, etc.

Le procédé d'autoclave est la principale méthode de fabrication en continucomposite renforcé de fibresLargement utilisés dans des secteurs de pointe tels que l'aérospatiale, le transport ferroviaire, les sports et loisirs et les énergies nouvelles, les produits composites fabriqués par autoclave représentent plus de 50 % de la production totale de composites. Dans le seul secteur aérospatial, cette proportion dépasse 80 %.

Matériaux auxiliaires pour autoclaves sous vide

Film pour sacs sous vide

Le film pour sacs sous vide sert de matériau auxiliaire pour le durcissement des composants composites. Ce film permet de créer et de maintenir un état de vide dans des conditions environnementales spécifiques. Sa fonction est d'établir un système de vide.

Le tissu antiadhésif est couramment utilisé comme barrière principale entre le produit et les autres matériaux auxiliaires de mise sous vide. Il n'adhère pas au produit et se retire facilement après polymérisation, résistant à des températures allant jusqu'à environ 230 °C.

Tissu PTFE haute température : La fibre de verre de qualité supérieure est tissée sur des supports en fibre de verre de pointe, selon différents types d’armure (toile, sergé, satin, etc.). Ces supports subissent un traitement unique par imprégnation répétée et complète d’une émulsion de PTFE en suspension, permettant d’obtenir des tissus haute température de différentes épaisseurs et de très grandes largeurs.

Film de séparation

Dans la plupart des cas, le film de séparation est en contact direct avec le stratifié, l'isolant ainsi du feutre respirant anti-démoulage. Le choix du film de séparation dépend de la température de polymérisation, de la pression, de la complexité de la pièce et du système de résine. Les films de séparation perforés sont généralement utilisés pour garantir l'élimination de l'air et des composés volatils emprisonnés dans le stratifié.

Feutre perforé

Le procédé de poinçonnage à l'aiguille garantit un contrôle rigoureux, une densité de surface uniforme et une épaisseur optimale. La détection de métaux à 100 % tout au long du processus assure l'absence de fragments d'aiguilles métalliques. Ce procédé offre une excellente résistance mécanique, à la pression et à la température, ainsi qu'une grande adaptabilité.

Feutre perforé en aramide

Utilisé dans les procédés d'autoclave, il possède un point de ramollissement de 170 °C et un point de fusion supérieur à 240 °C, capable de résister à des températures de courte durée inférieures à 200 °C.

Ruban d'étanchéité

Le ruban adhésif d'étanchéité sert à sceller les sacs sous vide et les pièces moulées. Il doit présenter une adhérence suffisante pour bien se fixer aux surfaces du moule sans être trop collant, ce qui permet de le décoller facilement des films des sacs sous vide pour le repositionner. De plus, après polymérisation, le ruban doit se décoller proprement des surfaces du moule. Nous proposons une gamme de rubans adhésifs d'étanchéité adaptés à différentes conditions de polymérisation.

Tubes à vide

Les tubes à vide comprennent des bases à vide, des raccords mâles/femelles anti-retour et divers composants pour les applications sous vide. Ces raccords garantissent l'étanchéité à l'air pendant les opérations sous vide.

Application du procédé de moulage en autoclave

En tant que méthode de formage largement adoptée pourproduits en fibre de carbone, le processus d'autoclave comprend les étapes suivantes :

Processus de préparation

Cela implique principalement la préparation des outils et des matériaux, notamment les moules, les préimprégnés de fibres de carbone et les matériaux auxiliaires.

Stratification des matériaux

Cette étape comprend la découpe, la stratification et le compactage du préimprégné. Les préimprégnés en fibre de carbone sont découpés selon des dimensions et des exigences spécifiques à l'aide de gabarits ou de machines de découpe automatisées. Le préimprégné est ensuite découpé aux dimensions souhaitées, stratifié conformément aux spécifications de conception, puis précompacté. Actuellement, les produits en fibre de carbone tels que les tubes, les plaques ou autres formes complexes sont généralement fabriqués par stratification manuelle, ce qui offre une grande flexibilité.

Processus de préparation du durcissement

Cette étape consiste principalement à ensacher la pièce en fibre de carbone, à découper les matériaux auxiliaires et à les mettre en place. La préparation à la polymérisation comprend généralement la préparation de la pièce, du moule, du sac sous vide et des matériaux auxiliaires. Parmi ces derniers figurent les agents de démoulage et les matériaux de ventilation (utilisés pour répartir uniformément le vide dans le système de sac sous vide).

Durcissement et moulage

La polymérisation est une étape essentielle pour tout produit en fibre de carbone. Elle consiste à chauffer et à pressuriser la résine thermodurcissable contenue dans le préimprégné, selon des conditions de procédé contrôlées, afin de former une structure de réseau tridimensionnelle stable. Pour les composites en fibre de carbone thermodurcissable, une fois polymérisés, tout défaut résultant de la stratification ou du processus de polymérisation devient irréversible. Par conséquent, un contrôle rigoureux des paramètres de procédé lors de la polymérisation en autoclave est crucial.

Inspection

L'inspection repose principalement sur trois méthodes : l'inspection visuelle, le contrôle par ultrasons et le contrôle non destructif par rayons X. Après polymérisation, les produits en fibre de carbone font l'objet d'une inspection visuelle de surface afin de détecter d'éventuels défauts tels que des points blancs, des porosités ou des accumulations de résine. L'inspection interne utilise généralement des méthodes non destructives telles que le contrôle par ultrasons ou par rayons X, qui permettent de révéler différents types de défauts en fonction de la densité du matériau et de détecter les porosités internes importantes ou le délaminage.

Post-traitement

Un post-traitement est nécessaire car les pièces en fibre de carbone usinées présentent souvent des bavures. Celles-ci peuvent être éliminées à l'aide de polisseuses ou de fraises afin de respecter les spécifications de conception.

Au-delà de ces étapes standard, certains composants composites nécessitent un moulage secondaire en autoclave pour le co-collage ou le co-cuisson, permettant la production de pièces composites de forme complexe.