Modelling strategy of IR lamps with integrated reflector used in the manufacturing processof thermoplastic composite tapes

Modélisation de lampes IR avec réflecteur intégré utilisées dans le procédé de fabrication de pré-imprégné thermoplastique

Jennifer Mackie (1) , Olivier de Almeida (1) , Fabrice Schmidt (1) , Karine Labastie (2)

1 ICA - Institut Clément Ader
2 IRT Saint Exupéry - Institut de Recherche Technologique

This study proposes a modelling strategy to simulate the heating stage during the production of thermoplastic composite tapes. Impregnation using a slurry powder technique with carbon fibresand PEKK (PolyEther-Ketone-Ketone) requires a heating step, to evaporate the aqueous phase and melt the polymer powder. These phenomenon are highly temperature dependant justifying the need to characterise heat transfer within the IR oven. In the literature, most models refer to clear lamps with Lambertian emission. In this study, tubular lamps with a coating on the back side (i.e. integrated reflector) are used. This integrated reflector greatly modifies the lamps spatial emission, therefor the lamp can no longer be modelled using a cylinder with Lambertian emission. This study proposes an adaptation of the radiosity method to predict spatial emission of the lamp without explicitly accounting for the reflector in terms of radiative exchange. The emission of the lamp was characterised by inverse analysis combining experimental results with numerical simulation using the commercial software –COMSOL Multiphysics®.

Cette étude propose une stratégie de modélisation pour simuler l’étape de chauffage dans le procédé de fabrication de pré-imprégnés thermoplastiques par imprégnation continue en voie aqueuse. Après imprégnation des fibres de carbone par du PEKK (Poly-Ether-Kétone-Kétone) sous forme de poudre, le produit est soumis à une étape de chauffage pour évaporer la phase aqueuse et faire fondre le polymère. Ces phénomènes dépendent fortement de la température, ce qui nécessite une modélisation avancée des transferts de chaleur au sein du four IR.Dans la littérature,la majorité des modèles des fours sont proposés pour des lampes claires à émission Lambertienne.Dans notre cas d’étude, des lampes tubulaires avec un revêtement sur la face arrière (réflecteur intégré) sont utilisées. Ce réflecteur intégré modifie fortement la distribution spatiale de l’émission, la modélisation de la lampe ne peut donc pas être simplement représentée par une émission Lambertienne. Cette étude propose une méthode des radiosités prenant en compte l’émission spatiale de la lampe sans prendre en compte explicitement le réflecteur en termes d’échanges radiatifs.L’émission de la lampe a été caractérisée par analyse inverse en couplant des essais expérimentaux à des simulations numériques utilisant le logiciel commercial–COMSOL Multiphysics®.

Mots clés: optimisation; inverse analysis; Radiation

Mots clés: Rayonnement; analyse inverse; optimisation

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Jennifer Mackie, Olivier de Almeida, Fabrice Schmidt, Karine Labastie. Modélisation de lampes IR avec réflecteur intégré utilisées dans le procédé de fabrication de pré-imprégné thermoplastique. JNC 21 : Journées Nationales sur les Composites 2019, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. 7 p. ⟨hal-02421155⟩