COMPOSITES
Chapitre I Matériaux
composites
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Chapitre 1
Matériaux Composites
I.1.Introduction
Un composite est un matériau qui diffère des
matériaux macroscopiquement homogènes habituels comme les
métaux et les polymères. 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.
Il existe plusieurs types d'arrangements de fibres. Le rôle
de la matrice est double :
· Elle conserve la disposition des fibres,
· Elle transmet les sollicitations auxquelles est soumise
la pièce.
Un composite est très hétérogène
et fortement anisotrope. Contrairement aux matières premières
classiques dont on connaît à l'avance les caractéristiques
mécaniques, celles des composites ne sont réellement connues
qu'après fabrication, car on réalise, en même temps, le
matériau et le produit. Actuellement, les composés à
matrice organique représentent plus de 99% des matériaux
composites ; toutefois, il existe également des composites à
matrice inorganique (métallique ou céramique) dont la diffusion
reste encore marginale.
Dans ce chapitre, après rappel de la définition
d'un matériau composite, nous décrirons succinctement les
différents types d'un matériau composite, leurs
propriétés physiques et mécaniques ainsi que leur
procédé de fabrication tel que le moulage. Enfin nous apporterons
un aperçu sur l'application de ces matériaux dans l'industrie.
Parmi les composites, on distingue :
Ø Composites de Grande Diffusion
GD
Les plus courants, proviennent essentiellement du couple
fibre de verre E/polystère, ou verre E/Technopolymère, avec un
taux de renforcement voisin de 30 % (en masse). Ils représentent
actuellement les plus gros volumes d'emploi avec un bon compromis
performance/coût voisin du coût du matériau de base.
Chapitre I Matériaux composites
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Ø Composites de Haute Performance
HP
Encore, peu développés, ils sont issus surtout
des associations de fibres longues de verre R, carbone ou aramide (kevlar) avec
des résines époxydes, et des taux élevés de
renfort, supérieure à 50%. Leurs propriétés, en
particulier la résistance mécanique est supérieure
à celle des matériaux conventionnels.
Un matériau composite est alors un matériau
formé de plusieurs constituants de natures différentes,
généralement à deux :
· Renfort,
· Matrice.
I.2. Renfort
Le renfort, souvent sous forme de fibres, sert au transfert
des charges mécaniques. Les fibres ont une forme remarquable dans la
matrice qui possède des propriétés qui s'approchent de
plus en plus de celles prévues par la théorie. Ces
propriétés sont impressionnantes à cause de leur forme et
des moyens de fabrication. La structure moléculaire d'une fibre est
généralement alignée dans le sens de l'axe de fibre ce qui
produit une structure forte dans cette direction. Les fibres sont donc fortes
mais finies, ce qui leur confère une grande souplesse. On les
commercialise essentiellement sous forme de fibres courtes (les feutres ou les
mats) ou fibres longues (coupées au moment de la fabrication du
matériau). Les fibres peuvent se présenter sous forme
linéique, surfacique et multidirectionnelle [STEV 04J.
Parmi les fibres les plus utilisées dans l'industrie
on a :
I.2.1. Fibres de verre
Il existe une large gamme de fibres de verre
fabriquées en continu. Ces fibres sont à base de silice
(SiO2) combinée avec d'autres éléments. La
plupart des composites à faible nombre de fibres de verre sont
renforcés par des verres de type E développé initialement
pour des applications électriques. La fibre de verre type R est
également utilisée comme renfort grâce à ses
propriétés mécaniques et à sa tenue à la
chaleur très élevée. Les fibres de verre sont produites
par l'étirage du verre fondu à travers une filière. Elles
sont fabriquées avec une gamme de diamètres habituellement
compris entre 5 et 25mm et une grande vitesse de l'ordre 250m/s.
Les fibres de verre sont fragiles et leur rupture brutale est
sans déformation plastique. Elles souffrent également d'un module
de Young faible et d'une densité plus élevée que celle
d'autres fibres. En conséquence ces fibres ont été
supplantées par d'autres fibres à plus haute performance pour les
applications demandant un module spécifique élevé mais
elles continuent à dominer de loin les composites à Grande
Diffusion.
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