Compromis entre l'énergie de durcissement et le taux dans la fabrication composite incrémentale par polymérisation frontale

• Le durcissement incrémental efficace en énergie et en temps des composites CFRP est réalisé via la polymérisation frontale. • Le compromis entre l'énergie de durcissement et le taux est étudié analytiquement et numériquement. • Les paramètres de fabrication du front de Pareto sont validés expérimentalement. • Un taux de traitement areal normalisé de 59,0 h −1 démontre une fabrication évolutive. La fabrication de grandes structures en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) nécessite des autoclaves capables d'accueillir de grands volumes. Le grand volume et des taux de chauffage modestes entraînent une utilisation inefficace de l'énergie et un temps de fabrication nécessaire pour atteindre des composites thermodurcis entièrement durcis. Dans cette étude, le compromis entre l'énergie de durcissement et le temps de cycle de durcissement est étudié numériquement et validé expérimentalement pour un processus de fabrication CFRP basé sur la polymérisation frontale (FP). Pour produire un CFRP de haute qualité, la FP exothermique est déclenchée thermiquement à l'aide d'une plaque à outils chauffée, permettant une FP à travers l'épaisseur sous pression de compactage normale. Pour durcir progressivement de grandes surfaces, le CFRP durci est déplacé après chaque étape de durcissement jusqu'à ce que la grande pièce composite soit entièrement traitée. La modélisation computationnelle est d'abord utilisée pour étudier la relation de compromis entre l'énergie de chauffage et le temps de durcissement, et pour identifier le front de Pareto pour la plus basse énergie et le plus haut taux de durcissement. En outre, le cycle thermique du processus de durcissement incrémental est également ajusté pour réduire l'apport en énergie et le temps de durcissement. Les composites CFRP durcis de manière incrémentale atteignent un durcissement complet à un taux de traitement areal normalisé de 59,0 h −1, avec une forte fraction de volume de fibres (ϕ = 0,63) et une température de transition vitreuse (T g = 166 °C). Ces résultats démontrent le potentiel d'une fabrication rapide, évolutive et économisant l'énergie de grandes structures composites.