Collège militaire royal du Canada

Science des matériaux et le génie

Recherche le soudage et la transformation des polymères

par : Dr. Philip J. Bates

La recherche de Dr. Bates sur le soudage et la transformation des polymères peut être regroupée en quatre domaines :

  1. Soudage par vibration
  2. Soudage par laser
  3. Soudage par résistance
  4. Transformation des thermoplastiques (nouveau procédé/produit, fibres longues/continues)

Soudage par vibration des thermoplastiques et des composites

Le soudage par vibration est une technique courant pour assembler des pièces thermoplastiques.  Il est utilisé dans la fabrication des répartiteurs d'admission etc.  Deux pièces sont mises ensemble sous pression.   Une des pièces est vibrée à une fréquence de l'ordre de 200 Hz à travers des amplitudes d'environ 1 mm.  L'énergie de la friction et du cisaillement visqueux fonde le polymère pour faire une zone de matière fondue entre les deux pièces solides.  Le polymère fondu est poussé de l'interface et les deux pièces se pénètrent l'une dans l'autre.  Après une pénétration desirée, la vibration est arrêtée et la pression est maintenue pendant quelques secondes afin de permettre au polymère de se solidifier.

Le laboratoire de soudage par vibration est équipé avec :
  • un Branson linear vibration welder
  • des supports de pièce pour faire des soudures types butt-, tee-, cup-plate and lap
  • système d'acquisition de donnée pour enregistrer la pénétration, l'accéleration, l'amplitude, et la force exercée sur la pièce inférieure pendant le soudage

Cette recherche examine l'effect des paramètres tels que le matériau, le soudage et ceux liés à la pièce sur la résistance/microstructure résultante.  Voici quelques exemples des matériaux qui ont été étudiés :

  • nylon 6 et 66 non-renforcé et renforcé fibre de verre
  • polypropylène renforcé avec des fibres courtes,  longues (ie VertonTM), et continues (ie TwintexTM)
  • nanocomposites à base de polypropylène
  • TPO
  • self-reinforced polypropylène (ie CurvTM)
  • matériaux amorphes tels que l'ABS et le PMMA

Soudage des thermoplastiques et des composites par transmission laser

Le soudage par transmission laser nécessite deux types de matériaux: un qui est transparent au faisceau laser et l'autre qui absorbe l'énergie laser grâce au noir de carbone.  Un faisceau laser passe à travers la pièce transparente et entre dans la pièce noircie où il est absorbé.  L'énergie thermique y est générée dont une partie passe vers la pièce transparente par conduction.  La fusion de l'interface des deux pièces crée une poche de polymère fondu qui permet la diffusion des chaînes.  Après un bref temps de refroidissement,  une soudure est formée.

Notre laboratoire de soudure laser est équipé avec :

Notre travail actuel comprend la caractérisation des matériaux thermoplastiques utilisés dans la soudure laser, la modélisation du procédé et l'étude sur l'influence des petits espaces entre les pièces.

Soudage par résistance

Les soudage par résistance utilise l'énergie générée par un courant électrique pour fondre le matériau environnant.  D'une manière générale, le soudage par résistance des thermoplastiques nécessite un  implant conducteur (ie fil métallique)  placé entre les deux pièces. Le courant passe à travers le fil en le chauffant.  Le matériau à l'interface entre les deux pièces fond pour y créer une soudure. Si le matériau est assez conducteur, aucun implant est nécessaire.  La résistance de contact entre les deux pièces est suffisante pour fondre le polymère.

Notre laboratoire de soudage par résistance est équipé avec :
  • source de courant Miller Syncrowave 250,
  • Système d'acquisition de données Labview pour mesurer le courant, le voltage et la pénétration,
  • Des supports pièces pour faire des grandes et des petites soudures.

Le travail actuel étudie le soudage des composites à base de polypropylène.  Le travail antérieur a étudié le soudage des composites conducteurs sans implants.

Transformation des thermoplastiqucs

Cette rubrique comprend plusieurs thèmes qui sont résumés ci-dessous :

  • Nouveaux procédés/développement du produit - Des projets propriétaires liés aux développements des capteurs de CQ, de nouveaux rhéomètres, et des études de remplacement de métaux par du plastique.
  • Recherche fibre longue - Etude du procédé de l'imprégnation en fondu utilisé pour fabriquer des composites fibre longues.
  • Recherche sur des composites à fibre continue - Etude du comportement des composites thermoplastiques lors de leur consolidation.