Effet des additifs de graphène et de cire sur la qualité du perçage de matériaux composites en fibres de carbone

Kebaili, Chabha (2026). Effet des additifs de graphène et de cire sur la qualité du perçage de matériaux composites en fibres de carbone. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (6MB) | Prévisualisation

Résumé

Les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont de plus en plus utilisés pour leur légèreté, robustesse et résistance à la corrosion, notamment dans l’aéronautique et l’automobile. Leur usinage, surtout le perçage, est complexe en raison de leur anisotropie et hétérogénéité, ce qui nécessite un contrôle précis pour garantir des assemblages fiables. Ce processus peut provoquer des défauts mécaniques et thermiques, tout en accélérant l’usure des outils à cause de l’abrasivité des fibres. L’ajout d’additifs dans les composites pourrait améliorer leurs performances, mais leur impact sur l’usinage reste peu étudié.

Cette recherche porte sur la modification de la matrice époxy des composites à fibres de carbone (CFRP) par l’ajout de microparticules d’additifs, principalement du graphène et de la cire, afin d’étudier leur influence sur la température du foret pendant le perçage, ainsi que sur la qualité de surface et les efforts de coupe. Neuf types de plaques ont été fabriqués, comprenant un composite de référence sans additif et huit formulations avec différentes proportions de graphène (0%, 0,25%, 2%) et de cire (0%, 1%, 2%). Les essais de perçage ont été réalisés avec un foret unique à revêtement diamant CVD sous des paramètres de coupe optimaux, permettant d’évaluer l’effet combiné de ces additifs sur les performances d’usinage des CFRP.

Les résultats montrent que l'ajout de graphène et de cire dans les composites CFRP permet de réduire significativement la température de coupe, la force de perçage et la rugosité des trous, améliorant ainsi l'efficacité de l'usinage. Ces additifs diminuent également la délamination, renforçant la cohésion interne et la fiabilité des assemblages.

Résumé traduit

Carbon fiber reinforced polymers (CFRP) are increasingly valued for their light weight, high strength, and corrosion resistance, especially in the aerospace and automotive industries. However, machining these materials particularly drilling is challenging due to their anisotropic and heterogeneous structure, requiring precise process control to ensure dependable assemblies. This machining can induce mechanical and thermal defects and also accelerates tool wear because of the abrasive nature of the fibers. Although adding additives to composites holds promise for performance enhancement, their effects on the machining process remain insufficiently explored.

This study examines the modification of the epoxy matrix in CFRP composites by adding microparticle additives, specifically graphene and wax, to evaluate their effect on drill bit temperature during drilling. Nine sample types, including eight formulations with varying graphene (0%, 0.25%, 2%) and wax (0%, 1%, 2%) contents, were tested under optimal cutting conditions using a diamond-coated drill bit. The research assesses how these additives influence key machining factors such as surface finish and cutting forces.

The findings reveal that incorporating graphene and wax into CFRP composites significantly lowers the cutting temperature, drilling force, and surface roughness of the holes, thereby enhancing machining efficiency. In addition, these additives reduce delamination, improving the internal cohesion and reliability of the resulting assemblies.

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 mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 141-146).
Mots-clés libres:	CFRP, perçage, cire, graphène, température de coupe, rugosité, délaminage
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Chatelain, Jean-François
Codirecteur:	Codirecteur Slamani, Mohamed
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	04 mars 2026 19:30
Dernière modification:	04 mars 2026 19:30
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3826

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt