Influence du graphène sur la température de détourage de composite carbone-époxy

Mathieu, Ronan (2020). Influence du graphène sur la température de détourage de composite carbone-époxy. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) connaissent ces dernières décennies un développement et une utilisation toujours plus importante au sein d’industriels travaillant dans les domaines des hautes performances. Ces utilisations toujours plus massives sont dues à leurs propriétés mécaniques intéressantes avec un poids relativement faible en comparaison avec les métaux et aux alliages traditionnellement utilisés. De plus, une large gamme de procédés de fabrication existe et permet de fabriquer des géométries précises et sur mesure. Néanmoins, une reprise des pièces en usinage est souvent nécessaire afin d’ajuster les pièces aux tolérances géométriques et ainsi respecter la conception de celles-ci. Cependant, l’usinage des matériaux composites récents rencontre des difficultés inédites telles que les défauts mécaniques engendrés (délamination, fissuration, etc) et/ou les dommages thermiques causés (brûlure de matrice, affectation de l’outil de coupe).

La mise en oeuvre des CFRP incorporant du graphène a été possible avec le développement d’une méthode de fabrication innovante garantissant un taux de fibres en volume le plus constant possible ainsi qu’une répartition homogène du graphène. Cela nous a permis de mettre en évidence les effets du graphène. Lors de l’usinage, une caméra thermique a été utilisée pour conforter les résultats de température enregistrée avec des thermocouples équipant l’outil de coupe.

L’étude s’est portée sur l’influence du graphène sur l’usinage. Pour ce faire deux matériaux ont été confrontés à l’usinage avec des paramètres de coupe considérés comme optimaux. Un seul outil de coupe en diamant polycristallin (PCD) a été utilisé. Dans un premier temps, le nanocomposite (graphène plus époxy) a permis de mettre en avant l’influence du graphène (augmentation de la température en présence de graphène) sur la coupe sans influencer l’usure de l’outil. Dans un second temps, le graphène a été incorporé dans des CFRP avec trois concentrations différentes (0 / 0,25 / 3 %wt) et a permis de mettre en évidence une augmentation de la température de coupe en présence de graphène. En revanche entre la plaque 0 et 3 %wt, une baisse significative de la température dans la zone de coupe (jusqu’à 32°C en moyenne) ainsi qu’une diminution importante de la force d’avance (66 newtons en moyenne) a été mis en évidence.

Titre traduit

Influence of graphene on the cutting temperature of carbon-epoxy

Résumé traduit

In recent decades, carbon fiber reinforced (CFRP) products have known important development and use by manufacturers working in high-performance fields. These ever more massive uses are due to their interesting mechanical properties with a relatively low weight in comparison with the metals and alloys traditionally used. In addition, a wide range of manufacturing processes exist and allow the manufacture of precise and custom geometries. Nonetheless, it is often necessary to rework the parts in machining in order to adjust the parts to geometric tolerances and thus comply with their design. However, the machining of recent composite materials encounters unprecedented difficulties such as the mechanical defects generated (delamination, cracking, etc.) and / or the thermal damage (matrix burn, affectation of the cutting tool).

The manufacturing of CFRPs incorporating graphene has been made possible by the development of an innovative manufacturing method guaranteeing the most constant possible fiber content by volume as well as a homogeneous distribution of graphene. This allowed us to highlight the effects of graphene. During machining, a thermal camera was used to confirm the temperature results recorded with thermocouples bounded to the cutting tool.

The study focused on the influence of graphene on machining. To do this, two materials were faced with machining with cutting parameters considered as optimal. Only one polycrystalline diamond (PCD) cutting tool was used. First, the nanocomposite (graphene plus epoxy) made it possible to highlight the influence of graphene on the cut (temperature increase in the presence of graphene) without influencing the wear of the tool. Then, the graphene was incorporated into CFRP with three different concentrations (0 / 0.25 / 3% wt) and made it possible to demonstrate an increase in the cutting temperature in the presence of graphene. In contrast, between plate 0 and 3%wt, a significant decrease in temperature in the cutting area (up to 32°C on average) and a significant decrease in feed force (66 newtons on average) was highlighted.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie aérospatial". Comprend des références bibliographiques (pages 165-169).
Mots-clés libres:	CFRP, usinage, graphène, température de coupe, rugosité, porosité
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chatelain, Jean-François
Codirecteur:	Codirecteur Ouellet-Plamondon, Claudiane
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	02 août 2021 23:42
Dernière modification:	02 août 2021 23:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2676

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