Chapitre 1 Anh Dung NGÔ A2013 1
2
Les composites à résine polymère 1. Il comprend des fibres continues ou coupées d un matériau résistant (renfort) qui sont noyées dans une matrice dont la résistance mécanique est beaucoup plus faible. 2. Il existe plusieurs types d arrangement de fibres 3. Le rôle de la matrice est double : elle conserve la disposition des fibres et leur transmet les sollicitations auxquelles est soumise la pièce 4. Un composite est très hétérogène et fortement anisotrope Anh Dung NGÔ A2013 3
Les renforts Formes linéiques : Une fibre (diamètre environ de 10 µm) est trop petite pour l utilisation unitaire. On trouve en général, des fils ou mèches qui sont assemblés à partir de plusieurs fibres. L unité de masse linéique est le tex (1 tex = 1 g/km). Anh Dung NGÔ A2013 4
Formes surfaciques : Tissus et rubans : Anh Dung NGÔ A2013 5
6
Mats : Ce sont des nappes de fils continus ou coupés, disposés dans un plan suivant une direction aléatoire. Ils sont maintenus ensemble par un liant. Le mat est isotrope à cause de l absence d orientation préférentielle des fibres. Anh Dung NGÔ A2013 7
Structures multidimensionnelles : Tresses et préformes : Anh Dung NGÔ A2013 8
Tissus multidirectionnels : Anh Dung NGÔ A2013 9
Fibres Verre : Les filaments sont obtenus par filage de verre en fusion à travers des filières en alliage de platine. On trouve généralement deux types commercialement disponibles : E et S. Anh Dung NGÔ A2013 10
Carbone : Les fibres de carbone sont obtenues à partir des précurseurs sous forme de filament. Les fibres utilisées sont les fibres acryliques d origine poly acrylonitrile (PAN) ou les fibres élaborées à partir du brai (Pitch). Les fibres sont oxydées à chaud (300 C), puis chauffés à 1500 C dans une atmosphère d azote (carbonisation). Le module d élasticité élevé est obtenu par filage à chaud (graphitation). Les fibres de carbone contiennent environ 95 % de carbone tandis que les fibres de graphite en contiennent près de 99 %. Le prix des fibres de carbone est plus élevé que celui des fibres de verre. Aramide (Kevlar ) : plus légères que les fibres de verre. Bore : filaments de tungstène Carbure de silicium : utilisé dans les composites métalliques. Anh Dung NGÔ A2013 11
12
Nids d abeilles Carton imprégné, tissus de verre imprégné, aluminium, papier Nomex. Ces matériaux sont utilisés dans les structures sandwiches où le rapport «rigidité en flexion / poids» est un facteur important. Anh Dung NGÔ A2013 14
Matrice Résines : Thermodurcissables : polyester, phénoliques, mélamines, silicones, polyuréthannes, époxydes, etc. Thermoplastiques : polypropylène (PP), polysulfure de phénylène (PPS), polyamide (PA), polyéther-éthercétone (PEEK) Anh Dung NGÔ A2013 15
16
17
18
Charges Charges renforçantes : Sphériques (10 <Φ<150 µm) : microbilles de verre creusées ou pleines, microbilles de carbone. Non sphériques : mica sous forme d écailles (environ 300 x 10µm) Charges non renforçantes : Ces matériaux sont ajoutés à la résine afin de réduire le coût de la résine. Ils sont extraits de roches ou de minerais (carbonate de calcium, talc, kaolin, silices etc.). L incorporation de ces charges à la matrice a pour effet d augmenter certaines propriétés, entre autres, la masse volumique, le module d élasticité, la dureté, la viscosité et la stabilité dimensionnelle. Par contre, on obtient une réduction du prix, de la résistance à la traction et de la résistance à la flexion du composite. Charges ignifugeantes : hydrate d alumine, oxyde d antimoine. Anh Dung NGÔ A2013 19
Additifs Lubrifiants et agents de démoulage Pigments et colorants Agents anti-retraits Agents ultraviolets Anh Dung NGÔ A2013 20
Les caractéristiques des composites seront en fonction des proportions de renfort/matrice, du conditionnement du renfort et du processus de fabrication. Anh Dung NGÔ A2013 21
22
13
Influences environnementales Les composites sont affectés par la chaleur et par l humidité. Ils ne se corrodent pas sauf en cas de contact entre l aluminium et les fibres de carbone. Ils sont insensibles aux produits chimiques (graisses, huiles, etc.) et ont une tenue aux impacts et aux chocs inférieure à celle des métaux. Anh Dung NGÔ A2013 23
Sheet Molding Compound (SMC) Anh Dung NGÔ A2013 24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Micromécanique : Le comportement de la couche élémentaire (pli ou monocouche) à partir des propriétés mécaniques intrinsèques des matériaux constituants ainsi que leur proportion volumique constituent l objectif principal de la micromécanique. Fibre Anh Dung NGÔ A2013 σ σ 37
Macromécanique : Cette discipline vise à établir les relations entre les contraintes et les déformations d abord au niveau du pli élémentaire et extrapoler à des composites comportant plusieurs plis élémentaires disposés de façon quelconque les uns par rapport aux autres (stratifié ou multicouche). h 2 Anh Dung NGÔ A2013 N h σ 38
matrice pli stratifié fibres Anh Dung NGÔ A2013 39