Stratifiés en fibres métalliques fabriqués par le procédé VARTM

Centre de recherche de Langley, Hampton, Virginie

Les stratifiés de fibres métalliques (FML) sont des matériaux multicomposants utilisant des métaux, des fibres et des résines matricielles. Adapter leurs propriétés est facilement réalisable en faisant varier un ou plusieurs de ces composants. Deux nouveaux procédés de fabrication de FML par moulage par transfert de résine assisté sous vide (VARTM) ont été développés.

Les FML typiques sont préparés en empilant des couches alternées de feuilles métalliques et de préimprégnés de résine fibre/matrice, suivi d'une consolidation dans une presse ou un autoclave. Les FML constitués de feuilles d'aluminium et de préimprégnés de fibres d'aramide/époxy ont d'abord été développés dans les années 1980, puis, en 1991, des FML avec des fibres de verre au lieu de fibres d'aramide ont été introduits.

Les FML actuellement disponibles dans le commerce peuvent être coûteux à produire et la taille des pièces est limitée en raison du préimprégné requis et de l'utilisation d'un autoclave ou d'une presse en consolidation. Cependant, l'infusion de résine liquide dans des couches de tissu sec uniquement par pression de vide pour produire des matériaux de haute qualité s'est avérée être un processus plus rentable pour préparer des composites. VARTM utilise un support de distribution de flux pour permettre à la résine de se déplacer rapidement sur la surface sur toute la longueur de la pièce, suivie d'une infusion plus lente à travers l'épaisseur à travers la pièce, réduisant ainsi les temps d'infusion.

Un processus VARTM a été développé pour les FML qui utilise de petites voies d'écoulement dans les couches métalliques pour permettre l'infusion de résine à travers l'épaisseur. Les matériaux produits par ce processus sont appelés VARTMFML. Un deuxième procédé VARTM développé pour les FML utilise des tissus poreux recouverts de métal pour permettre une infusion à travers l'épaisseur. Ces stratifiés sont appelés VARTMPCL. Pour chaque processus, de nombreuses combinaisons de métal, de fibre et de résine peuvent être sélectionnées pour adapter le matériau à des applications spécifiques.

Le traitement de VARTMFML consiste à empiler des couches alternées de feuilles métalliques contenant des voies d'écoulement de résine et un tissu de renfort. La préforme feuille métallique/tissu est ensuite infusée avec une résine via un procédé VARTM. Le VARTMFML offre de bonnes propriétés mécaniques qui peuvent être optimisées par une sélection appropriée de la feuille métallique, de la fibre, de la résine, ainsi que de la taille et de la distribution des voies.

Le traitement de VARTMPCL nécessite d'abord la production des tissus revêtus de métal. Le tissu est recouvert d'une couche métallique à l'aide d'un procédé de dépôt au plasma à couplage inductif. La couche métallique produite est poreuse, de sorte que des couches de tissu revêtues de métal empilées peuvent être infusées pour produire de nouveaux FML. Les poudres métalliques sont injectées axialement dans un plasma inerte d'argon/hélium à basse pression. Lorsque les particules traversent le plasma, elles deviennent des gouttelettes partiellement fondues. Ces gouttelettes de métal frappent le tissu tel qu'il est reçu à faible vitesse, refroidissent rapidement et forment une liaison métal-tissu. L'avantage du VARTMPCL est très probablement une amélioration des propriétés fonctionnelles, y compris la conductivité électrique (par exemple, la protection contre la foudre) ou la conductivité thermique (par exemple, le chauffage pour le dégivrage) par rapport au composite à matrice polymère parent.

Ce travail a été réalisé par BJ Jensen, RJ Cano, SJ Hales, BW Grimsley et ES Weiser du Langley Research Center ; et JA Alexa de Lockheed Martin Engineering and Sciences. LAR-17165-1/485-1/-2

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro d'août 2015 du magazine NASA Tech Briefs.

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