I.3. Matrice
La matrice est un liant qui maintient en place la dispersion
des fibres, les protège physiquement et chimiquement et assure, en plus,
la liaison mécanique entre les éléments de renfort.
Elle se présente sous plusieurs formes :
· Organique,
·
Chapitre I Matériaux composites
Page 13
Chapitre I Matériaux composites
Métallique,
· Minérale.
Suivant les caractéristiques de la matrice et des
renforts, on distingue généralement deux grandes familles :
Les composites de grande diffusion, peu onéreux, qui
occupent une large part du marché et les composites à hautes
performances. Ces derniers, généralement renforcés de
fibres, continues de carbone ou Diaramide, sont réservés à
des secteurs de forte valeur ajoutée : aéronautique,
médical, sports et loisirs.
Les Polymères se divisent en deux grandes familles :
1. Les thermodurcissables, sont mis en forme par chauffage
lors d'une transformation irréversible. Les principales résines
thermodurcissables sont les polyesters insaturés, très largement
utilisés, les résines époxydes et les résines
phénoliques. Les composites à matrices thermodurcissables
représentent environ 70% des composites transformés en Europe.
2. Les thermoplastiques, durcissent au cours du
refroidissement. Le processus de transformation chimique lors de leur
fabrication est réversible. Les principales résines
thermoplastiques utilisées dans les composites sont le
polypropylène, les polyamides et le
polyéther-éther-cétone.
I.3.1. Matrices organiques
Les deux types de résines qui sont, actuellement,
utilisées présentent des propriétés
foncièrement différentes [TRIP 07] :
I.3.1.1. Résines thermoplastiques
L'Emploi des Polymères ThermoPlastiques (TP),
renforcés avec des fibres courtes (et prochainement, avec des fibres
longues) se développe fortement. Les polymères thermoplastiques
ont une structure linéaire ; ils sont mis en forme par chauffage (les
chaînes se plient), et durcissent au cours du refroidissement (les
chaînes se bloquent). La transformation est réversible
[VIJA O5].
I.3.1.2. Résines thermodurcissables
Les résines ThermoDurcissables (TD) sont, en
général, associées à des fibres longues. Les
polymères thermodurcissables ont la forme d'un réseau
tridimensionnel ; au cours de la polymérisation, ce réseau se
ponte (double liaison de polymérisation) et durcit de façon
définitive lors du chauffage selon la forme souhaitée. La
transformation est irréversible [PENN 98].
Les résines thermodurcissables principalement
utilisées actuellement sont :
Ø Résines polyesters
Les polyesters insaturés sont les résines les
plus utilisées dans les applications GD. Elles se présentent sous
la forme d'une solution polyacide plus polyalcool qui se rigidifie sous
l'action d'un catalyseur et de l'action de la chaleur. Elles présentent
le grand défaut d'émettre des vapeurs de styrène au cours
de la polymérisation et d'être difficiles à stocker
[NARA 99].
Page 14
Ø Résine époxyde
C'est la plus utilisée dans l'aéronautique ;
elle présente un bon accrochage sur les fibres et de bonnes
propriétés mécaniques. Elle possède de bonnes
propriétés jusqu'à une température de 170°C
mais elle est plus coûteuse que la résine polyesters [KARK
96J.
Ø Résine phénolique
Les résines phénoliques sont obtenues par la
polycondensation du phénol et du formol ; elles présentent une
très bonne tenue au feu, sans fumée (d'où leur utilisation
dans le ferroviaire). Elles sont fragiles, sensibles à
l'humidité, difficiles à mettre en oeuvre [POTT 02J.
[WANG 98J
Ø Résine thermostable
Polymère présentant des caractéristiques
mécaniques stables sous des pressions et des températures
élevées appliquées de façon continue. Cette
propriété est mesurée en déterminant la
température que peut supporter la résine durant 2000 Heures sans
perdre la moitié de ses caractéristiques mécaniques.
Ø Résine vinylesters
Les vinylesters sont des dérivés de polyesters
et d'acide acrylique ; ils ont une bonne tenue à la fatigue et un bon
comportement à la corrosion mais sont combustibles [ESCO
05J. Les propriétés mécaniques des principaux
types de matrices organiques sont résumées dans le tableau
suivant :
|
Masse
spécifique
(kg/m3)
|
Module
Elasticité
(Gpa)
|
Résistance
Traction
(Mpa)
|
Module
d'allongement
Rupture (%)
|
Tenue à la
Température en
Continu
(°C)
|
|
Polyester
|
1.2
|
2.9-3.1
|
50-60
|
2-3
|
120
|
|
Epoxyde
|
1.1-1.4
|
3
|
50-120
|
3-8
|
150-200
|
|
Vinylester
|
1.1
|
3.4-3.5
|
70-85
|
2-5
|
100-140
|
|
Polyamide
|
1.4-1.5
|
4-20
|
30-40
|
<1
|
250-300
|
|
Phénolique
|
1.3
|
3.8-7
|
50
|
1-1.5
|
120-150
|
Tableau I.2 : Caractéristiques
moyennes des matrices thermodurcissables (TD) non renforcées
| 
