Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Chambres Tracking bras dimuon ALICE LHC

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Chambres Tracking bras dimuon ALICE LHC

Particularités des chambres tracking

Chambres à fils, à lecture cathodique,

dont les cathodes sont également les fenêtres, et la

structure porteuse (absence de cadres ou chassis),

et réalisées sous forme de panneaux sandwich.

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Spécifications1. Variation de gain G/G des chambres à fils < 15 %

→ variation relative de gap < 2.5 %

→ planéité de 0.025 mm/400 mm, soit 0.150 mm/m au moins sur une face

(Une planéité de 0.15 mm signifie que tout point de la surface désignée est situé entre 2 plans parallèles espacés de 0.15 mm)

2. Transparence : 0.5 % Xo pour un panneau

→ structure sandwich à peaux composite carbone/époxy épaisseur 0.2 mm

3. Nombre total de panneaux toutes dimensions comprises : 304 panneaux

4. Surface totale des panneaux : 250 m2

5. Longueurs 2450-2050-1650-1250-850 mm, largeur 425 mm, épaisseur 8.4 mm,

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Consultations démarrées en 2000, 12 entreprises contactées.

La plupart ont déclaré qu’il n’était pas possible de réaliser des panneaux sandwich avec une planéité meilleure que 0.600 mm/m.

Les premiers prototypes réalisés (par une entreprise disant faire mieux que 0.6 mm/m) avaient une planéité de l’ordre de 1 à 2 mm/m.

 Aprés un an de travail avec 2 entreprises, il apparaissait que le pricipal défaut s’apparentait à une déformation de type bilame, à une seule courbure, et était du à un gradient de température dans le sandwich au cours de l’opération de polymérisation.

 Au printemps 2001, des prototypes réalisés par 2 entreprises suivant 2 procédés différents, mais prenant en compte l’observation çi-dessus, présentaient une planéité correspondant aux spécifications.

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Principes de conception pour tolérances de formes serrées

Le stratifié doit être Equilibré : Soit autant de couches orientée suivant la direction +q que de couches orientées suivant la direction –q (autant de plis dans une direction que dans l'autre).

Le stratifié doit être Symétrique : La nature des plis et les angles respectifs de la séquence d’empilement se retrouvent de part et d’autre d’un plan passant par le milieu de l’épaisseur.

Nombre de plisLe stratifié doit idéalement comporter au moins 8 plis.Dans le cas présent, il y avait un “équivalent” 5 plis.

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Principes de réalisation pour tolérances de formes serrées

1. Outillage aux tolérances du produit final, ou mieux(à vérifier chez les industriels)

2. Pendant les phases de chauffage, polymérisation et refroidissement, la symétrie des températures (par rapport au plan neutre) doit être respectée, particulièrement les 2 peaux doivent être à la même température à tout moment avec une précision de l’ordre du °C.

Ce que ne permettent pas de réaliser les procédés industriels classiques par bache sous vide, et même par presse (disymétrie des inerties thermiques ou du système de chauffage)

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

ExplicationLors de la polymérisation, il y a changement, entre autres, du coefficient de dilatation thermique de la résine du composite.

Si une face est polymérisée avant l’autre parce que sa température serait un peu plus élevée,ou parce que la température de polymérisation aurait été atteinte plus rapidement, il y a aura effet bilame mémorisé, qui aprés refroidissement se traduit par une courbure de la surface initialement plane.

D’autre part, aprés polymérisation, il y a changement de coefficient de dilatation thermique au passage du Tg (température de transition vitreuse). Il faut donc garder la même température sur les 2 peaux, à tout instant, jusqu’au passage du Tg.

Cela reste vrai même si le stratifié est polymérisé sous presse.

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

Un marché avec appel d’offres sur performances a été passé en mai 2001.

6 réponses, avec dans la ‘’short list” finale 2 sociétés ayant fourni un prototype de validation.

Marché passé avec une société française pour un coût de 221 k€, et pour une estimation initiale de 408 k€.

Le temps de production était estimé à 200 jours ouvrables.

La production a duré de Octobre 2002 à Juillet 2003.

La planéité obtenue en production est meilleure que la spécification de 0.150 mm/m, et est comprise entre 0.080 et 0.120 mm/m.

Panneaux sandwichà tolérance planéité serrée

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