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Matériaux composites MEC620 MEC620 Introduction Anh Dung NGÔ – Daniel Poirier L

Matériaux composites MEC620 MEC620 Introduction Anh Dung NGÔ – Daniel Poirier Les matériaux composites Les matériaux composites Définition: C’est un matériau qui est formé de différents matériaux constituants (matrice, renforts, charges, …) et qui possède Définition: ( , , g , ) q p des propriétés différentes des matériaux qui le compose. Par effet de synergie l’ensemble des éléments constructifs Par effet de synergie, l ensemble des éléments constructifs crée un matériau unique dont les propriétés sont intimement liées aux éléments qui le composes. Dans le cadre de ce cours seuls les composites à matrices polymériques Note: p p y q seront étudiés. Note: Les matériaux constituants La matrice La matrice La matrice (aussi appelé résine) La matrice (aussi appelé résine) a pour rôles d’enrober les renforts produisant le lien entre renforts produisant le lien entre ceux-ci. Elle transmet les efforts aux fibres et les répartit dans les aux fibres et les répartit dans les différentes directions. De plus, la matrice protège les fibres des p g agressions extérieures et permet l’obtention de la forme désirée par un procédé de moulage. Les sortes de matrices Les sortes de matrices Polyesters insaturés : Polyesters insaturés : La matrice de polyesters insaturés est la plus utilisée dans l’industrie à cause de son faible coût. On utilise le système accélérateur/catalyseur afin de polymériser la résine. Cette résine accélérateur/catalyseur afin de polymériser la résine. Cette résine s’apprête bien aux procédés de moulage mais possède un retrait élevé. Vinylesters : Tout comme avec les polyesters, on emploie les systèmes catalytiques pour la polymérisation de la matrice Celle ci possède catalytiques pour la polymérisation de la matrice. Celle-ci possède des propriétés mécaniques supérieures aux polyesters mais inférieures aux époxydes. Elle est applicable à presque tous les procédés de moulage. procédés de moulage. Les sortes de matrices (suite) Les sortes de matrices (suite) Polyuréthanes : Polyuréthanes : L’utilisation de deux composantes (polyol et isocyanate) très réactives permet des cycles de fabrication très courts. Les polyuréthanes sont reconnues pour leur résistance aux impacts mais polyuréthanes sont reconnues pour leur résistance aux impacts mais demande un investissement d’outillage important (RRIM, SRIM). Les renforts Les renforts Les renforts ont comme Les renforts ont comme principal rôle de donner la résistance mécanique des pièces résistance mécanique des pièces étant donné qu’ils possèdent des iété é i propriétés mécaniques supérieures par rapport à celles i des matrices. Les matériaux de renforts Les matériaux de renforts Fibres de verre: E, D, A, C, R, S, S2, ECR Fibres de verre: E, D, A, C, R, S, S2, ECR Fibres de carbone: haute tenacité (HT) et haut module (HM) Fibres aramide: Kevlar™ Fibres de bore ou silicium Feutre: Coremat™ Panneaux nid d’abeille: papier, Nomex™, fibre de verre, aluminium, thermoplastique, ... P d PVC l éth Panneaux de mousse: PVC, polyuréthane, ... Panneaux de bois: Balsa ... Les matériaux de renforts Les matériaux de renforts Fibre de verre Fibre de verre Les matériaux de renforts Les matériaux de renforts Carbone : 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) 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 (g ap tat o ). es b es de ca bo e co t e e t e v o 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 est plus élevé que celui des fibres de verre. Les formes de renforts Les formes de renforts Les formes de renforts Les formes de renforts Statifil ou « Roving » : Le statifil ou « roving » est formé d’un ensemble de fils de base. On désigne habituellement les statifils par leur masse linéaire [tex = g/km]. Les valeurs courantes sont: 600, 1200, 2400, 4800 et 9600 tex. Utili ti t tifil à b i i l t fil t i lt i Utilisation: statifil à brin unique: enroulement filamentaire, pultrusion statifil multibrins: moulage par projection statifil bouclé: pultrusion ou tissage spéciale Fibres coupées ou broyées : Les fibres coupées ou broyées sont des fils de base coupées en différente longueur ou broyées sous forme de nodule ou de poudre fine. On désigne habituellement les fibres coupées par la longueur des fibres. Les valeurs courantes les fibres coupées sont: 1.5, 3, 4.5, 6, 13, 25 et 50 mm. Utilisation: renforcement de prémix thermodurcissables, de résine de coulée et de mastics Les formes de renforts Les formes de renforts Mats à fils coupés et à filaments continus : Les mats à fils coupés sont Mats à fils coupés et à filaments continus : Les mats à fils coupés sont constitués de fils de base coupées (fibre de verre) et lié chimiquement. Tandis que les mats à filaments continus sont des fibres continus (habituellemnt verre E) disposées sous forme de boucles, réparties en nappes et lié chimiquement. On désigne habituellement les mats par leur masse surfacique [g/m², oz/pi²]. Les valeurs courantes pour les mats sont: 300, 450 et 600 g/m² ou 1, 1½ et 2 oz/pi² Utilisation: mat à fil coupés: moulage contact; mat à filaments continus: moulage par injection, par compression, sous vide et pultrusion Préforme : Préforme : Les préformes sont obtenus par une technique qui permet d’obtenir des formes plus complexes. Ainsi, des fibres coupées sont projetées et aspirées sur un écran perforé (moule mâle de la forme voulu) puis lié aspirées sur un écran perforé (moule mâle de la forme voulu) puis lié chimiquement. Les formes de renforts Les formes de renforts Mat ou voile de surface : Les mats de surface ou voile sont des feutres Mat ou voile de surface : Les mats de surface ou voile sont des feutres fortement liés et calandrés présentant une très bonne tenue. Ils sont fabriqués de fibres organiques ou inorganiques. La masse surfacique courante pour les mats de surface est comprise entre 20 et 80 g/m². Utilisation: moulage contact, enroulement filamentaire, pultrusion, … Tissé : Les tissés se présente principalement sous trois formes d’armure: l t il t ff t l ti t l é L t il t tit é d fil d la toile ou taffetas, le satin et le sergé. Les toiles sont constitués de fils de chaîne (sens de la longueur) et de trame (sens de la largeur) entrecroisé alternativement. Les satin (4 ou 8) sont tissé de façon à se qu’un fil de chaîne flotte ou dessus de plusieurs (n-1) fil de trame Les sergés on un chaîne flotte ou dessus de plusieurs (n-1) fil de trame. Les sergés on un mode de tissage qui a pour effet de produire des nervure de gauche à droite en montant. Ces armure peuvent se présenté sous plusieurs types (verre, carbone, aramide, hybride, ...). On désigne normalement les tissés ( , , , y , ) g par leur masse surfacique [g/m², oz/vg²]. Utilisation: moulage contact, ... Les formes de renforts Les formes de renforts Non-tissé : Les non-tissé se présente sous deux formes d’armure: le haut d l t l’ idi ti ll L h t d l t f it d d d module et l’unidirectionnelle. Le haut module est fait de deux nappes de fils superposés sans aucun entrecroisement des fils les constituant, sont réunies par une chaîne et par un trame en fils fins, n’intervenant pratiquement pas dans les performances du tissu proprement dit pratiquement pas dans les performances du tissu proprement dit. L’unidirectionnelle tant qu’à lui est fait de fils parallèles de chaîne ou de trame réunis respectivement par des fils fins en trame ou en chaîne n’intervenant pratiquement pas dans les performances du tissu p q p p proprement dit. Tout comme les tissés, les non-tissé peuvent se présenté sous plusieurs type et se désigne par leur masse surfacique [g/m², oz/vg²]. Utilisation: moulage contact, … Complexe mat-tissu: Les complexes mat-tissu sont des composés de mat et de tissus lié soit chimiquement, soit mécaniquement par couture. De par leur déformabilité limité leur utilisation est restreinte à de pièce par leur déformabilité limité, leur utilisation est restreinte à de pièce plane ou très peu développable. Les formes de renforts Les formes de renforts Matériaux de centre ou « core » : Les matériaux de centre sont utilisé en Matériaux de centre ou « core » : Les matériaux de centre sont utilisé en apoint pour augmenté l’épaisseur des pièces sans toutefois en augmenter de beaucoup la masse. De cette façon, l’obtention de pièce plus rigide est possible. Les noyaux en mousse ou en bois sont souvent désignés par leur masse volumique et leur épaisseur. Dans le cas des panneaux nid d’abeille, ils sont définis par l’épaisseur et uploads/s3/ introduction 6 .pdf