Les matériaux composites prennent de plus en plus d'importance dans la construction de structures aérospatiales. Les pièces d'avion fabriquées à partir de matériaux composites, tels que les carénages, les spoilers et les commandes de vol, ont été développées dans les années 1960 pour leur gain de poids par rapport aux pièces en aluminium. Les gros avions de nouvelle génération sont conçus avec toutes les structures composites du fuselage et des ailes, et la réparation de ces matériaux composites avancés nécessite une connaissance approfondie des structures composites, des matériaux et de l'outillage. Les principaux avantages des matériaux composites sont leur haute résistance, leur poids relativement faible et leur résistance à la corrosion.

Structures stratifiées 

Les matériaux composites consistent en une combinaison de matériaux qui sont mélangés pour obtenir des propriétés structurelles spécifiques. Les matériaux individuels ne se dissolvent pas ou ne fusionnent pas complètement dans le composite, mais ils agissent ensemble comme un seul. Normalement, les composants peuvent être physiquement identifiés lorsqu'ils s'interfacent les uns avec les autres. Les propriétés du matériau composite sont supérieures aux propriétés des matériaux individuels à partir desquels il est construit.

Un matériau composite avancé est constitué d'un matériau fibreux noyé dans une matrice de résine, généralement stratifié avec des fibres orientées dans des directions alternées pour donner au matériau résistance et rigidité. Les matériaux fibreux ne sont pas nouveaux ; le bois est le matériau structurel fibreux le plus commun connu de l'homme.

Les applications des composites sur les aéronefs comprennent : 

• Carénages 

• Surfaces de contrôle de vol 

• Trappes de train d'atterrissage 

• Panneaux de bord d'attaque et de fuite sur l'aile et le stabilisateur 

• Composants intérieurs 

• Poutres de plancher et planches de plancher 

• Structure primaire des stabilisateurs verticaux et horizontaux sur les gros aéronefs 

• Structure principale de l'aile et du fuselage sur les gros porteurs de nouvelle génération 

• Aubes de ventilateur de moteur à turbine 

• Hélices

Principaux composants d'un stratifié 

Un matériau isotrope a des propriétés uniformes dans toutes les directions. Les propriétés mesurées d'un matériau isotrope sont indépendantes de l'axe d'essai. Les métaux tels que l'aluminium et le titane sont des exemples de matériaux isotropes. 

Une fibre est l'élément porteur principal du matériau composite. Le matériau composite n'est solide et rigide que dans le sens des fibres. Les composites unidirectionnels ont des propriétés mécaniques prédominantes dans une direction et sont dits anisotropes, ayant des propriétés mécaniques et/ou physiques qui varient avec la direction par rapport aux axes de référence naturels inhérents au matériau. Les composants fabriqués à partir de composites renforcés de fibres peuvent être conçus de manière à ce que l'orientation des fibres produise des propriétés mécaniques optimales, mais ils ne peuvent que s'approcher de la véritable nature isotrope des métaux, tels que l'aluminium et le titane.

Une matrice soutient les fibres et les lie ensemble dans le matériau composite. La matrice transfère toutes les charges appliquées aux fibres, maintient les fibres dans leur position et l'orientation choisie, confère au composite une résistance environnementale et détermine la température de service maximale d'un composite.

Caractéristiques de résistance 

Les propriétés structurelles, telles que la rigidité, la stabilité dimensionnelle et la résistance d'un stratifié composite, dépendent de la séquence d'empilement des plis. La séquence d'empilement décrit la distribution des orientations des plis à travers l'épaisseur du stratifié. Au fur et à mesure que le nombre de plis avec des orientations choisies augmente, davantage de séquences d'empilement sont possibles. Par exemple, un stratifié symétrique à huit plis avec quatre orientations de pli différentes a 24 séquences d'empilement différentes.  

Orientation des fibres 

La résistance et la rigidité d'une accumulation composite dépendent de la séquence d'orientation des plis. La plage pratique de résistance et de rigidité de la fibre de carbone s'étend de valeurs aussi basses que celles fournies par la fibre de verre à aussi élevées que celles fournies par le titane. Cette plage de valeurs est déterminée par l'orientation des plis par rapport à la charge appliquée. Une sélection appropriée de l'orientation des plis dans les matériaux composites avancés est nécessaire pour fournir une conception structurellement efficace. La pièce peut nécessiter des plis à 0° pour réagir aux charges axiales, des plis à ±45° pour réagir aux charges de cisaillement et des plis à 90° pour réagir aux charges latérales. Étant donné que les exigences de conception en matière de résistance dépendent de la direction de la charge appliquée, l'orientation et la séquence des plis doivent être correctes. Lors d'une réparation, il est essentiel de remplacer chaque pli endommagé par un pli du même matériau et de même orientation.

Les fibres d'un matériau unidirectionnel courent dans une direction et la résistance et la rigidité ne sont que dans la direction de la fibre. Le ruban pré-imprégné (préimprégné) est un exemple d'orientation unidirectionnelle des plis.

Les fibres d'un matériau bidirectionnel s'étendent dans deux directions, généralement à 90° l'une de l'autre. Un tissu à armure toile est un exemple d'orientation bidirectionnelle des plis. Ces orientations de pli ont une résistance dans les deux sens mais pas nécessairement la même résistance.

Les plis d'un drapage quasi-isotrope sont empilés selon une séquence 0°, –45°, 45° et 90° ou selon une séquence 0°, –60° et 60°. Ces types d'orientation des plis simulent les propriétés d'un matériau isotrope. De nombreuses structures composites aérospatiales sont constituées de matériaux quasi-isotropes.  

Horloge de distorsion 

Chaîne indique les fibres longitudinales d'un tissu. La chaîne est la direction à haute résistance due à la rectitude des fibres. Une horloge de distorsion est utilisée pour décrire la direction des fibres sur un schéma, une fiche technique ou des fiches du fabricant. Si l'horloge de chaîne n'est pas disponible sur le tissu, l'orientation est définie par défaut sur zéro lorsque le tissu se détache du rouleau. Par conséquent, 90° à zéro est la largeur du tissu.

Formes de fibres 

Toutes les formes de produits commencent généralement par des fibres brutes unidirectionnelles enroulées emballées sous forme de brins continus. Une fibre individuelle est appelée un filament. Le mot brin est également utilisé pour identifier une fibre de verre individuelle. Les faisceaux de filaments sont identifiés comme des câbles, des fils ou des mèches. Les fils en fibre de verre sont torsadés, tandis que les fils en Kevlar® ne le sont pas. Les remorquages ​​et les mèches n'ont aucune torsion. La plupart des fibres sont disponibles sous forme de fibres sèches qui doivent être imprégnées (imprégnées) d'une résine avant utilisation ou de matériaux préimprégnés où la résine est déjà appliquée sur la fibre.

itinérant 

Une mèche est un groupement unique d'extrémités de filaments ou de fibres, telles que des mèches de verre à 20 ou 60 extrémités. Tous les filaments sont dans le même sens et ils ne sont pas torsadés. Les mèches de carbone sont généralement identifiées comme des mèches 3K, 6K ou 12K, K signifiant 1 000 filaments. La plupart des applications pour les produits itinérants utilisent des mandrins pour l'enroulement filamentaire, puis le durcissement de la résine jusqu'à la configuration finale. 

Unidirectionnel (bande) 

Les rubans préimprégnés unidirectionnels sont la norme dans l'industrie aérospatiale depuis de nombreuses années, et la fibre est généralement imprégnée de résines thermodurcissables. La méthode de fabrication la plus courante consiste à tirer des brins crus (secs) collimatés dans la machine d'imprégnation où les résines fondues à chaud sont combinées avec les brins en utilisant la chaleur et la pression. Les produits en ruban ont une résistance élevée dans le sens des fibres et pratiquement aucune résistance à travers les fibres. Les fibres sont maintenues en place par la résine. Les bandes ont une résistance plus élevée que les tissus tissés. 

Bidirectionnel (tissu) 

La plupart des constructions de tissu offrent plus de flexibilité pour la superposition de formes complexes que les rubans unidirectionnels droits. Les tissus offrent la possibilité d'une imprégnation de résine soit par solution, soit par procédé thermofusible. Généralement, les tissus utilisés pour des applications structurelles utilisent des fibres ou des brins similaires de même poids ou rendement dans les directions de chaîne (longitudinale) et de trame (transversale). Pour les structures aérospatiales, les tissus à tissage serré sont généralement le choix pour gagner du poids, minimiser la taille des vides de résine et maintenir l'orientation des fibres pendant le processus de fabrication.

Les tissus structurels tissés sont généralement construits avec des câbles de renfort, des brins ou des fils s'emboîtant sur eux-mêmes avec un placement sur / sous pendant le processus de tissage. Les styles de tissus les plus courants sont les tissages unis ou satinés. La construction à armure toile résulte de l'alternance de chaque fibre sur puis sous chaque brin qui se croise (étoupe, faisceau ou fil). Avec les tissages de satin courants, tels que le harnais 5 ou le harnais 8, les faisceaux de fibres traversent à la fois dans les directions de chaîne et de remplissage en changeant de position dessus / dessous moins fréquemment.

Ces armures de satin ont moins de frisure et sont plus faciles à déformer qu'une armure toile. Avec les tissus à armure toile et la plupart des tissus tissés à 5 ou 8 harnais, le nombre de brins de fibres est égal dans les sens de la chaîne et du remplissage. Par exemple, le tissage uni 3K a souvent une désignation supplémentaire, telle que 12 x 12, ce qui signifie qu'il y a douze câbles par pouce dans chaque direction. Cette désignation de comptage peut être modifiée pour augmenter ou diminuer le poids du tissu ou pour s'adapter à différentes fibres de poids variable.

Non-tissé (tricoté ou cousu). Les tissus tricotés ou cousus peuvent offrir de nombreux avantages mécaniques des rubans unidirectionnels. Le placement des fibres peut être droit ou unidirectionnel sans les tours supérieurs/inférieurs des tissus tissés. Les fibres sont maintenues en place par couture avec des fils ou fils fins après des orientations présélectionnées d'une ou plusieurs couches de plis secs. Ces types de tissus offrent une large gamme d'orientations multicouches. Bien qu'il puisse y avoir des pénalités de poids supplémentaires ou une perte de certaines propriétés ultimes des fibres de renforcement, un certain gain de cisaillement interlaminaire et de propriétés de ténacité peut être réalisé. Certains fils de couture courants sont en polyester, en aramide ou en thermoplastique. 

Types de fibres 

Fibre de verre

La fibre de verre est souvent utilisée pour la structure secondaire des avions, comme les carénages, les radômes et les bouts d'ailes. La fibre de verre est également utilisée pour les pales de rotor d'hélicoptère. Il existe plusieurs types de fibre de verre utilisés dans l'industrie aéronautique. Le verre électrique, ou E-glass, est identifié comme tel pour les applications électriques. Il a une haute résistance au passage du courant. Le verre E est fabriqué à partir de verre borosilicaté. Le verre S et le verre S2 identifient la fibre de verre structurelle qui a une résistance plus élevée que le verre E. Le verre S est produit à partir de magnésie-alumine-silicate. Les avantages de la fibre de verre sont son coût inférieur à celui des autres matériaux composites, sa résistance à la corrosion chimique ou galvanique et ses propriétés électriques (la fibre de verre ne conduit pas l'électricité). La fibre de verre a une couleur blanche et est disponible sous forme de tissu de fibres sèches ou de matériau préimprégné.

Kevlar

Kevlar® est le nom de DuPont pour les fibres d'aramide. Les fibres d'aramide sont légères, solides et résistantes. Deux types de fibres d'aramide sont utilisées dans l'industrie aéronautique. Le Kevlar® 49 a une rigidité élevée et le Kevlar® 29 a une faible rigidité. Un avantage des fibres d'aramide est leur haute résistance aux chocs, elles sont donc souvent utilisées dans les zones sujettes aux chocs. Le principal inconvénient des fibres aramides est leur faiblesse générale en compression et en hygrométrie. Les rapports de service ont indiqué que certaines pièces en Kevlar® absorbent jusqu'à 8 % de leur poids en eau. Par conséquent, les pièces fabriquées à partir de fibres d'aramide doivent être protégées de l'environnement. Un autre inconvénient est que le Kevlar® est difficile à percer et à couper. Les fibres s'effilochent facilement et des ciseaux spéciaux sont nécessaires pour couper le matériau. Le Kevlar® est souvent utilisé pour les applications balistiques militaires et les gilets pare-balles. Il a une couleur jaune naturelle et est disponible sous forme de tissu sec et de matériau préimprégné. Les faisceaux de fibres d'aramide ne sont pas dimensionnés par le nombre de fibres comme le carbone ou la fibre de verre mais par le poids.

Carbone/Graphite 

L'une des premières distinctions à faire entre les fibres est la différence entre les fibres de carbone et de graphite, bien que les termes soient fréquemment utilisés de manière interchangeable. Les fibres de carbone et de graphite sont basées sur des réseaux de couches de graphène (hexagonaux) présents dans le carbone. Si les couches de graphène, ou plans, sont empilées dans un ordre tridimensionnel, le matériau est défini comme du graphite. Habituellement, un temps et une température de traitement prolongés sont nécessaires pour former cet ordre, ce qui rend les fibres de graphite plus chères. La liaison entre les plans est faible. Un désordre se produit fréquemment de telle sorte que seul un ordre bidimensionnel dans les couches est présent. Ce matériau est défini comme du carbone.

Les fibres de carbone sont très rigides et résistantes, 3 à 10 fois plus rigides que les fibres de verre. La fibre de carbone est utilisée pour les applications structurelles des aéronefs, telles que les poutres de plancher, les stabilisateurs, les commandes de vol et la structure principale du fuselage et des ailes. Les avantages incluent sa haute résistance et sa résistance à la corrosion. Les inconvénients incluent une conductivité inférieure à celle de l'aluminium; par conséquent, un treillis ou un revêtement de protection contre la foudre est nécessaire pour les pièces d'avion sujettes aux coups de foudre. Un autre inconvénient de la fibre de carbone est son coût élevé. La fibre de carbone est de couleur grise ou noire et est disponible sous forme de tissu sec et de matériau préimprégné. Les fibres de carbone ont un potentiel élevé de provoquer une corrosion galvanique lorsqu'elles sont utilisées avec des fixations et des structures métalliques.

Bore 

Les fibres de bore sont très rigides et ont une résistance élevée à la traction et à la compression. Les fibres ont un diamètre relativement important et ne fléchissent pas bien ; par conséquent, ils ne sont disponibles qu'en tant que produit de ruban préimprégné. Une matrice époxy est souvent utilisée avec la fibre de bore. Les fibres de bore sont utilisées pour réparer les peaux d'avion en aluminium fissurées, car la dilatation thermique du bore est proche de celle de l'aluminium et il n'y a pas de potentiel de corrosion galvanique. La fibre de bore est difficile à utiliser si la surface du matériau de base a une forme profilée. Les fibres de bore sont très coûteuses et peuvent être dangereuses pour le personnel. Les fibres de bore sont principalement utilisées dans les applications de l'aviation militaire. 

Fibres Céramiques 

Les fibres céramiques sont utilisées pour les applications à haute température, telles que les aubes de turbine dans un moteur à turbine à gaz. Les fibres céramiques peuvent être utilisées à des températures allant jusqu'à 2 200 °F. 

Fibres de protection contre la foudre 

Un avion en aluminium est assez conducteur et est capable de dissiper les courants élevés résultant d'un coup de foudre. Les fibres de carbone sont 1 000 fois plus résistantes que l'aluminium au passage du courant, et la résine époxy est 1 000 000 fois plus résistive (c'est-à-dire perpendiculaire à la peau). La surface d'un composant composite externe est souvent constituée d'un pli ou d'une couche de matériau conducteur pour la protection contre la foudre car les matériaux composites sont moins conducteurs que l'aluminium. De nombreux types de matériaux conducteurs différents sont utilisés, allant du tissu en graphite recouvert de nickel aux treillis métalliques en passant par la fibre de verre aluminisée et les peintures conductrices. Les matériaux sont disponibles pour la pose humide et en tant que préimprégnés.  

En plus d'une réparation structurelle normale, le technicien doit également recréer la conductivité électrique conçue dans la pièce. Ces types de réparation nécessitent généralement un test de conductivité à effectuer avec un ohmmètre pour vérifier la résistance électrique minimale à travers la structure. Lors de la réparation de ces types de structures, il est extrêmement important de n'utiliser que des matériaux approuvés par des fournisseurs agréés, y compris des éléments tels que des composés d'enrobage, des produits d'étanchéité, des adhésifs, etc.

Matériaux de matrice 

Résines thermodurcissables 

La résine est un terme générique utilisé pour désigner le polymère. La résine, sa composition chimique et ses propriétés physiques affectent fondamentalement le traitement, la fabrication et les propriétés finales d'un matériau composite. Les résines thermodurcissables sont les plus diverses et les plus largement utilisées de tous les matériaux synthétiques. Ils sont facilement coulés ou formés dans n'importe quelle forme, sont compatibles avec la plupart des autres matériaux et durcissent facilement (par la chaleur ou un catalyseur) en un solide insoluble. Les résines thermodurcissables sont également d'excellents adhésifs et agents de liaison.

Résines polyesters 

Les résines de polyester sont des résines de traitement relativement peu coûteuses et rapides, généralement utilisées pour des applications à faible coût. Des résines polyester à faible dégagement de fumée sont utilisées pour les parties intérieures de l'avion. Les polyesters renforcés de fibres peuvent être traités par de nombreuses méthodes. Les méthodes de traitement courantes comprennent le moulage de métal assorti, la superposition humide, le moulage par presse (sac sous vide), le moulage par injection, l'enroulement filamentaire, la pultrusion et l'autoclavage.

Résine vinylester 

L'apparence, les propriétés de manipulation et les caractéristiques de durcissement des résines d'ester vinylique sont les mêmes que celles des résines de polyester conventionnelles. Cependant, la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques des composites d'ester vinylique sont nettement améliorées par rapport aux composites de résine polyester standard.

Résine phénolique 

Les résines phénol-formaldéhyde ont d'abord été produites commercialement au début des années 1900 pour être utilisées sur le marché commercial. L'uréeformaldéhyde et la mélamine-formaldéhyde sont apparues dans les années 1920-1930 comme une alternative moins coûteuse pour une utilisation à basse température. Les résines phénoliques sont utilisées pour les composants intérieurs en raison de leurs caractéristiques de faible dégagement de fumée et d'inflammabilité.

Époxy 

Les époxydes sont des résines thermodurcissables polymérisables et sont disponibles dans une variété de viscosités allant du liquide au solide. Il existe de nombreux types d'époxy différents, et le technicien doit utiliser le manuel d'entretien pour sélectionner le bon type pour une réparation spécifique. Les époxy sont largement utilisés dans les résines pour les matériaux préimprégnés et les adhésifs structuraux. Les avantages des époxydes sont une résistance et un module élevés, de faibles niveaux de composés volatils, une excellente adhérence, un faible retrait, une bonne résistance chimique et une facilité de traitement. Leurs inconvénients majeurs sont la fragilité et la diminution des propriétés en présence d'humidité. Le traitement ou le durcissement des époxys est plus lent que celui des résines polyester. Les techniques de traitement comprennent le moulage en autoclave, l'enroulement filamentaire, le moulage sous pression, le moulage sous vide, le moulage par transfert de résine et la pultrusion. Les températures de durcissement varient de la température ambiante à environ 350 °F (180 °C). Les températures de durcissement les plus courantes se situent entre 250 ° et 350 ° F (120-180 ° C). 

Polyimides 

Les résines polyimides excellent dans les environnements à haute température où leur résistance thermique, leur stabilité à l'oxydation, leur faible coefficient de dilatation thermique et leur résistance aux solvants profitent à la conception. Leurs principales utilisations sont les cartes de circuits imprimés et les structures chaudes des moteurs et des cellules. Un polyimide peut être soit une résine thermodurcissable, soit un thermoplastique. Les polyimides nécessitent des températures de durcissement élevées, généralement supérieures à 550 ° F (290 ° C). Par conséquent, les matériaux d'ensachage composites époxy normaux ne sont pas utilisables et l'outillage en acier devient une nécessité. Des films d'ensachage et de démoulage en polyimide, tels que Kapton®, sont utilisés. Il est extrêmement important qu'Upilex® remplace les sacs en nylon moins coûteux et les films anti-adhésifs en polytétrafluoroéthylène (PTFE) communs au traitement des composites époxy.

Polybenzimidazoles (PBI) 

La résine de polybenzimidazole est extrêmement résistante aux températures élevées et est utilisée pour les matériaux à haute température. Ces résines sont disponibles sous forme d'adhésif et de fibre.  

Bismaléimides (IMC) 

Les résines de bismaléimide ont une capacité de température plus élevée et une ténacité plus élevée que les résines époxy, et elles offrent d'excellentes performances à des températures ambiantes et élevées. Le traitement des résines bismaléimides est similaire à celui des résines époxy. Les IMC sont utilisés pour les moteurs d'avion et les composants à haute température. Les BMI conviennent, entre autres, au traitement en autoclave standard, au moulage par injection, au moulage par transfert de résine et au composé moulé en feuille (SMC).

Résines thermoplastiques 

Les matériaux thermoplastiques peuvent être ramollis à plusieurs reprises par une augmentation de température et durcis par une diminution de température. La vitesse de traitement est le principal avantage des matériaux thermoplastiques. Le durcissement chimique du matériau n'a pas lieu pendant le traitement et le matériau peut être façonné par moulage ou extrusion lorsqu'il est mou.

Thermoplastiques semi-cristallins 

Les thermoplastiques semi-cristallins possèdent des propriétés inhérentes de résistance à la flamme, une ténacité supérieure, de bonnes propriétés mécaniques à des températures élevées et après impact, et une faible absorption d'humidité. Ils sont utilisés dans les structures secondaires et primaires des aéronefs. Combinés à des fibres de renforcement, ils sont disponibles dans des composés de moulage par injection, des feuilles aléatoires moulables par compression, des rubans unidirectionnels, des préimprégnés fabriqués à partir de câbles (towpreg) et des préimprégnés tissés. Les fibres imprégnées de thermoplastiques semi-cristallins comprennent le carbone, le carbone revêtu de nickel, l'aramide, le verre, le quartz et autres.

Thermoplastiques amorphes 

Les thermoplastiques amorphes sont disponibles sous plusieurs formes physiques, notamment des films, des filaments et des poudres. Combinées à des fibres de renforcement, elles sont également disponibles dans des composés de moulage par injection, des feuilles aléatoires moulables par compression, des bandes unidirectionnelles, des préimprégnés tissés, etc. Les fibres utilisées sont principalement du carbone, de l'aramide et du verre. Les avantages spécifiques des thermoplastiques amorphes dépendent du polymère. En règle générale, les résines sont réputées pour leur facilité et leur vitesse de traitement, leur capacité à haute température, leurs bonnes propriétés mécaniques, leur excellente ténacité et leur résistance aux chocs et leur stabilité chimique. La stabilité se traduit par une durée de conservation illimitée, éliminant les exigences de stockage à froid des préimprégnés thermodurcissables. 

Polyéther éther cétone (PEEK) 

Le polyéther éther cétone, mieux connu sous le nom de PEEK, est un thermoplastique à haute température. Ce matériau de cétone aromatique offre des caractéristiques thermiques et de combustion exceptionnelles et une résistance à une large gamme de solvants et de fluides propriétaires. Le PEEK peut également être renforcé avec du verre et du carbone.

Produits pré-imprégnés (prepregs) 

Le matériau préimprégné consiste en une combinaison d'une matrice et d'un renfort en fibres. Il est disponible sous forme unidirectionnelle (une direction de renfort) et sous forme textile (plusieurs directions de renfort). Les cinq grandes familles de résines matricielles peuvent être utilisées pour imprégner diverses formes de fibres. La résine n'est alors plus à un stade de faible viscosité, mais a été avancée à un niveau de durcissement de stade B pour de meilleures caractéristiques de manipulation. Les produits suivants sont disponibles sous forme de préimprégnés : rubans unidirectionnels, tissus tissés, mèches à fils continus et tapis hachés. Les matériaux préimprégnés doivent être stockés dans un congélateur à une température inférieure à 0 °F pour retarder le processus de durcissement. Les matériaux préimprégnés sont durcis à une température élevée. De nombreux matériaux préimprégnés utilisés dans l'aérospatiale sont imprégnés d'une résine époxy et ils sont durcis à 250 °F ou 350 °F. Les matériaux préimprégnés sont durcis avec un autoclave, un four ou une couverture chauffante. Ils sont généralement achetés et stockés sur un rouleau dans un sac en plastique scellé pour éviter la contamination par l'humidité.

Matériau en fibres sèches 

Les matériaux en fibres sèches, tels que le carbone, le verre et le Kevlar®, sont utilisés pour de nombreuses procédures de réparation d'avions. Le tissu sec est imprégné d'une résine juste avant le début des travaux de réparation. Ce processus est souvent appelé drapage humide. Le principal avantage de l'utilisation du procédé de drapage humide est que la fibre et la résine peuvent être stockées pendant une longue période à température ambiante. Le composite peut être durci à température ambiante ou un durcissement à température élevée peut être utilisé pour accélérer le processus de durcissement et augmenter la résistance. L'inconvénient est que le processus est salissant et que les propriétés de renforcement sont inférieures aux propriétés du matériau préimprégné.

Agents thixotropes 

Les agents thixotropes sont gélatineux au repos mais deviennent fluides lorsqu'ils sont agités. Ces matériaux ont une résistance au cisaillement statique élevée et une faible résistance au cisaillement dynamique en même temps pour perdre de la viscosité sous contrainte.

Adhésifs 

Films Adhésifs 

Les adhésifs structuraux pour les applications aérospatiales sont généralement fournis sous forme de films minces supportés sur un papier anti-adhésif et stockés dans des conditions réfrigérées (-18 ° C ou 0 ° F). Les films adhésifs sont disponibles en utilisant des amines aromatiques à haute température ou des agents de durcissement catalytiques avec une large gamme d'agents de flexibilisation et de durcissement. Les adhésifs en film époxy durcis au caoutchouc sont largement utilisés dans l'industrie aéronautique. La limite de température supérieure de 121 à 177 ° C (250 à 350 ° F) est généralement dictée par le degré de durcissement requis et par le choix global des résines et des agents de durcissement. En général, la trempe d'une résine se traduit par une température de service utilisable inférieure. Les matériaux de film sont fréquemment soutenus par des fibres qui servent à améliorer la manipulation des films avant le durcissement, à contrôler le flux d'adhésif pendant le collage et à aider au contrôle de l'épaisseur de la ligne de collage. Les fibres peuvent être incorporées sous forme de tapis de fibres courtes à orientation aléatoire ou sous forme de tissu tissé. Les fibres couramment rencontrées sont les polyesters, les polyamides (nylon) et le verre. Les adhésifs contenant du tissu tissé peuvent avoir des propriétés environnementales légèrement dégradées en raison de l'effet de mèche de l'eau par la fibre. Le tissu de canevas mat aléatoire n'est pas aussi efficace pour contrôler l'épaisseur du film que le tissu tissé car les fibres sans restriction se déplacent pendant le collage. Les canevas non tissés filés ne bougent pas et sont donc largement utilisés. Le tissu de canevas mat aléatoire n'est pas aussi efficace pour contrôler l'épaisseur du film que le tissu tissé car les fibres sans restriction se déplacent pendant le collage. Les canevas non tissés filés ne bougent pas et sont donc largement utilisés. Le tissu de canevas mat aléatoire n'est pas aussi efficace pour contrôler l'épaisseur du film que le tissu tissé car les fibres sans restriction se déplacent pendant le collage. Les canevas non tissés filés ne bougent pas et sont donc largement utilisés.

Adhésifs en pâte 

Les adhésifs en pâte sont utilisés comme alternative à l'adhésif en film. Ceux-ci sont souvent utilisés pour coller les patchs de réparation secondaires sur les pièces endommagées et également utilisés dans les endroits où l'adhésif en film est difficile à appliquer. Les adhésifs en pâte pour le collage structurel sont fabriqués principalement à partir d'époxy. Des systèmes en une partie et en deux parties sont disponibles. Les avantages des adhésifs en pâte sont qu'ils peuvent être conservés à température ambiante et ont une longue durée de conservation. L'inconvénient est que l'épaisseur de la ligne de liaison est difficile à contrôler, ce qui affecte la résistance de la liaison. Une toile de canevas peut être utilisée pour maintenir l'adhésif dans la ligne de liaison lors du collage de patchs avec de la colle en pâte. 

Adhésifs moussants 

La plupart des adhésifs moussants sont des feuilles d'époxy de stade B de 0,025 à 0,10 pouce d'épaisseur. Les adhésifs en mousse durcissent à 250 °F ou 350 °F. Pendant le cycle de durcissement, les adhésifs moussants se dilatent. Les adhésifs moussants doivent être conservés au congélateur, tout comme les préimprégnés, et leur durée de conservation est limitée. Les adhésifs moussants sont utilisés pour assembler des morceaux de nid d'abeilles dans une construction en sandwich et pour coller des bouchons de réparation au noyau existant lors d'une réparation de préimprégné.

Description des structures sandwich 

Théorie Une construction en sandwich est un concept de panneau structurel qui consiste, dans sa forme la plus simple, en deux feuilles parallèles relativement minces collées et séparées par une âme relativement épaisse et légère. L'âme soutient les feuilles de parement contre le flambage et résiste aux charges de cisaillement hors plan. L'âme doit avoir une résistance au cisaillement et une rigidité à la compression élevées. La construction en sandwich composite est le plus souvent fabriquée à l'aide d'un durcissement en autoclave, d'un durcissement sous pression ou d'un durcissement sous vide. Les stratifiés de peau peuvent être prédurcis et ensuite collés à l'âme, co-durcis à l'âme en une seule opération, ou une combinaison des deux méthodes. Des exemples de structure en nid d'abeilles sont : les spoilers d'aile, les carénages, les ailerons, les volets, les nacelles, les planchers et les gouvernails.

Matériaux de parement 

La plupart des structures en nid d'abeilles utilisées dans la construction aéronautique ont des feuilles de revêtement en aluminium, en fibre de verre, en Kevlar® ou en fibre de carbone. Les feuilles de surface en fibre de carbone ne peuvent pas être utilisées avec un matériau de noyau en nid d'abeille en aluminium, car cela provoque la corrosion de l'aluminium. Le titane et l'acier sont utilisés pour des applications spécialisées dans les constructions à haute température. Les feuilles de surface de nombreux composants, tels que les spoilers et les commandes de vol, sont très minces, parfois seulement 3 ou 4 plis. Des rapports de terrain ont indiqué que ces feuilles de surface n'ont pas une bonne résistance aux chocs.

Bois de balsa 

Le balsa est un produit en bois naturel à cellules fermées allongées ; il est disponible dans une variété de qualités qui correspondent aux caractéristiques structurelles, cosmétiques et physiques. La densité du balsa est inférieure à la moitié de la densité des produits en bois conventionnels. Cependant, le balsa a une densité considérablement plus élevée que les autres types de noyaux structurels.  

Corrosion 

De nombreuses pièces en fibre de verre et Kevlar® ont une fine maille en aluminium pour la protection contre la foudre. Ce treillis en aluminium se corrode souvent autour des trous de boulons ou de vis. La corrosion affecte la liaison électrique du panneau, et le treillis en aluminium doit être retiré et un nouveau treillis installé pour rétablir la liaison électrique du panneau. 

La lumière ultraviolette (UV) affecte la résistance des matériaux composites. Les structures composites doivent être protégées par un revêtement supérieur pour éviter les effets de la lumière UV. Des apprêts et peintures UV spéciaux ont été développés pour protéger les matériaux composites.

Inspection non destructive (NDI) des composites

Inspection visuelle 

Une inspection visuelle est la principale méthode d'inspection pour les inspections en service. La plupart des types de dommages roussissent, tachent, bossellent, pénètrent, abrasent ou ébréchent la surface composite, rendant les dommages visibles. Une fois les dommages détectés, la zone touchée doit être inspectée de plus près à l'aide de lampes de poche, de loupes, de miroirs et d'endoscopes. Ces outils sont utilisés pour agrandir les défauts qui, autrement, pourraient ne pas être facilement visibles et pour permettre une inspection visuelle des zones qui ne sont pas facilement accessibles. Le manque de résine, la richesse en résine, les plis, le pontage des plis, la décoloration (due à la surchauffe, à la foudre, etc.), les dommages par impact quelle qu'en soit la cause, les corps étrangers, les cloques et le décollement sont quelques-unes des anomalies qui peuvent être détectées par une inspection visuelle. . L'inspection visuelle ne peut pas trouver de défauts internes dans le composite, tels que des délaminages, des décollements, et le craquelage de la matrice. Des techniques NDI plus sophistiquées sont nécessaires pour détecter ces types de défauts.

Test sonique audible (Coin Tapping) 

Parfois appelée audio, sonique ou coin tap, cette technique utilise des fréquences dans la plage audible (10 Hz à 20 Hz). Une méthode étonnamment précise entre les mains d'un personnel expérimenté, le test de taraudage est peut-être la technique la plus couramment utilisée pour la détection du délaminage et/ou du décollement. La méthode est accomplie en tapotant la zone d'inspection avec un disque rond solide ou un dispositif léger semblable à un marteau et en écoutant la réponse de la structure au marteau. Un son clair et net indique une structure solide bien liée, tandis qu'un son sourd ou sourd indique une zone discordante. 

Le taux de tapotement doit être suffisamment rapide pour produire suffisamment de son pour que toute différence de tonalité sonore soit perceptible à l'oreille. Le test de taraudage est efficace sur les lignes de liaison peau mince à raidisseur, les sandwichs en nid d'abeille avec des feuilles de face minces, ou même près de la surface des stratifiés épais, tels que les supports de pale de giravion. Encore une fois, la méthode est inhérente à la possibilité que des changements dans les éléments internes de la structure puissent produire des changements de pas qui sont interprétés comme des défauts, alors qu'en fait ils sont présents par conception. Cette inspection doit être effectuée dans un endroit aussi calme que possible et par du personnel expérimenté connaissant la configuration interne de la pièce. Cette méthode n'est pas fiable pour les structures à plus de quatre plis. Il est souvent utilisé pour cartographier les dommages sur les feuilles minces en nid d'abeille.

Inspection par ultrasons 

L'inspection par ultrasons s'est avérée être un outil très utile pour la détection de délaminages internes, de vides ou d'incohérences dans des composants composites non discernables autrement à l'aide d'une méthodologie visuelle ou de taraudage. Il existe de nombreuses techniques ultrasonores ; cependant, chaque technique utilise l'énergie des ondes sonores avec une fréquence supérieure à la plage audible. Une onde sonore à haute fréquence (généralement plusieurs MHz) est introduite dans la pièce et peut être dirigée pour se déplacer normalement à la surface de la pièce, ou le long de la surface de la pièce, ou à un certain angle prédéfini par rapport à la surface de la pièce. Vous devrez peut-être essayer différentes directions pour localiser le flux. Le son introduit est ensuite surveillé pendant qu'il parcourt son itinéraire assigné à travers la pièce pour tout changement significatif. Les ondes sonores ultrasonores ont des propriétés similaires aux ondes lumineuses. Lorsqu'une onde ultrasonore frappe un objet perturbateur, l'onde ou l'énergie est soit absorbée soit réfléchie vers la surface. L'énergie sonore perturbée ou diminuée est ensuite captée par un transducteur récepteur et convertie en un affichage sur un oscilloscope ou un enregistreur graphique. L'affichage permet à l'opérateur d'évaluer les indications discordantes comparativement aux zones connues pour être bonnes. Pour faciliter la comparaison, des étalons de référence sont établis et utilisés pour étalonner l'équipement à ultrasons.

Le technicien de réparation doit se rendre compte que les concepts décrits ici fonctionnent bien dans l'environnement de fabrication répétitif, mais sont susceptibles d'être plus difficiles à mettre en œuvre dans un environnement de réparation étant donné le grand nombre de composants composites différents installés sur l'avion et la complexité relative de leur construction. . Les normes de référence devraient également prendre en compte les transmutations qui se produisent lorsqu'un composant composite est exposé à un environnement en service pendant une période prolongée ou a fait l'objet d'une activité de réparation ou d'une action de restauration similaire. Les quatre techniques ultrasonores les plus courantes sont décrites ci-dessous.

Radiographie 

La radiographie, souvent appelée rayons X, est une méthode NDI très utile car elle permet essentiellement une vue à l'intérieur de la pièce. Cette méthode d'inspection est accomplie en faisant passer des rayons X à travers la pièce ou l'assemblage testé tout en enregistrant l'absorption des rayons sur un film sensible aux rayons X. Le film exposé, une fois développé, permet à l'inspecteur d'analyser les variations de l'opacité de l'exposition enregistrée sur le film, créant ainsi une visualisation de la relation entre les détails internes du composant. Étant donné que le procédé enregistre les changements de densité totale à travers son épaisseur, ce n'est pas un procédé préféré pour détecter des défauts tels que des délaminages qui se trouvent dans un plan qui est normal à la direction des rayons. C'est une méthode plus efficace, cependant, pour détecter les défauts parallèles à l'axe central du faisceau de rayons X. Anomalies internes, tels que les délaminages dans les coins, le noyau écrasé, le noyau soufflé, l'eau dans les cellules du noyau, les vides dans les joints adhésifs en mousse et la position relative des détails internes, peuvent être facilement vus par radiographie. La plupart des composites sont presque transparents aux rayons X, il faut donc utiliser des rayons à faible énergie. Pour des raisons de sécurité, il n'est pas pratique de l'utiliser autour des aéronefs. Les opérateurs doivent toujours être protégés par des écrans en plomb suffisants, car il existe une possibilité d'exposition soit à partir du tube à rayons X, soit à partir d'un rayonnement diffusé. Le maintien d'une distance de sécurité minimale par rapport à la source de rayons X est toujours essentiel. il faut donc utiliser des rayons de faible énergie. Pour des raisons de sécurité, il n'est pas pratique de l'utiliser autour des aéronefs. Les opérateurs doivent toujours être protégés par des écrans en plomb suffisants, car il existe une possibilité d'exposition soit à partir du tube à rayons X, soit à partir d'un rayonnement diffusé. Le maintien d'une distance de sécurité minimale par rapport à la source de rayons X est toujours essentiel. il faut donc utiliser des rayons de faible énergie. Pour des raisons de sécurité, il n'est pas pratique de l'utiliser autour des aéronefs. Les opérateurs doivent toujours être protégés par des écrans en plomb suffisants, car il existe une possibilité d'exposition soit à partir du tube à rayons X, soit à partir d'un rayonnement diffusé. Le maintien d'une distance de sécurité minimale par rapport à la source de rayons X est toujours essentiel.

Thermographie 

L'inspection thermique comprend toutes les méthodes dans lesquelles des dispositifs de détection de chaleur sont utilisés pour mesurer les variations de température des pièces sous inspection. Le principe de base de l'inspection thermique consiste à mesurer ou à cartographier les températures de surface lorsque la chaleur circule depuis, vers ou à travers un objet de test. Toutes les techniques thermographiques reposent sur des différentiels de conductivité thermique entre les zones normales sans défaut et celles présentant un défaut. Normalement, une source de chaleur est utilisée pour élever la température de la pièce examinée tout en observant les effets de chauffage de surface. Étant donné que les zones exemptes de défauts conduisent la chaleur plus efficacement que les zones présentant des défauts, la quantité de chaleur absorbée ou réfléchie indique la qualité de la liaison. Les types de défauts qui affectent les propriétés thermiques comprennent les décollements, les fissures, les dommages d'impact, l'amincissement des panneaux, et la pénétration d'eau dans les matériaux composites et le noyau en nid d'abeille. Les méthodes thermiques sont plus efficaces pour les stratifiés minces ou pour les défauts près de la surface.

Radiographie neutronique 

La radiographie neutronique est une technique d'imagerie non destructive capable de visualiser les caractéristiques internes d'un échantillon. La transmission des neutrons à travers un milieu dépend des sections efficaces des neutrons pour les noyaux dans le milieu. L'atténuation différentielle des neutrons à travers un milieu peut être mesurée, cartographiée, puis visualisée. L'image résultante peut ensuite être utilisée pour analyser les caractéristiques internes de l'échantillon. La radiographie neutronique est une technique complémentaire à la radiographie aux rayons X. Les deux techniques visualisent l'atténuation à travers un milieu. L'avantage majeur de la radiographie neutronique est sa capacité à révéler les éléments légers tels que l'hydrogène présent dans les produits de corrosion et l'eau.

Détecteur d'humidité 

Un humidimètre peut être utilisé pour détecter l'eau dans les structures sandwich en nid d'abeille. Un humidimètre mesure la perte de puissance radiofréquence (RF) causée par la présence d'eau. L'humidimètre est souvent utilisé pour détecter l'humidité dans les radômes de nez.