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GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 1 GLOSSA

GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 1 GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 2 SOMMAIRE 1. Les matériaux 3 1.1 Les renforts 3 1.1.1 Fibre de verre 3 1.1.2 Fibre de carbone 3 1.1.3 Fibre d'aramide 4 1.1.4 Fibre de bore 4 1.1.5 Fibre de silice (ou de quartz) 4 1.1.6 Fibres de polyéthylène de haut module 4 1.1.7 Caractéristiques moyennes des fibres et renforts 4 1.1.8 Architecture des renforts 4 1.1.9 Ensimage 6 1.2 Les charges 6 1.2.1 Les charges organiques 7 1.2.2 Les charges minérales 7 1.2.3 Oxydes et hydrates métalliques 8 1.2.4 Le verre 9 1.2.5 Le carbone 10 1.3 Les matrices 10 1.3.1 Les résines thermodurcissables 11 1.3.2 Les matrices thermoplastiques 13 2 Les technologies de mise en œuvre 15 2.1 Moulage au contact 15 2.2 Moulage par projection simultanée 16 2.3 Moulage sous vide 18 2.4 Moulage par injection basse pression de résine - RTM 19 2.5 Moulage à la presse à froid "voie humide" basse pression 20 2.6 L’infusion de résine sous membrane souple 22 2.7 Moulage par injection de compound - BMC 23 2.8 Moulage par compression de mat preimprégné - SMC 24 2.9 Moulage par enroulement filamentaire 26 2.10 Moulage par centrifugation 27 2.11 Moulage par pultrusion 28 2.12 Moulage par injection de résine réactive renforcée fibres broyées (R.R.I.M.) 30 2.13 Moulage par injection de résine réactive renforcée fibres longues (S.R.I.M.) 31 3 Réglementation 32 3.1 Origine des émissions de COV 33 GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 3 1. Les matériaux Introduction Un matériau composite peut être défini d'une manière générale comme l'assemblage de deux ou plusieurs matériaux, l'assemblage final ayant des propriétés supérieures aux propriétés de chacun des matériaux constitutifs. On appelle maintenant de façon courante "matériaux composites" des arrangements de fibres, les renforts qui sont noyés dans une matrice dont la résistance mécanique est beaucoup plus faible. La matrice assure la cohésion et l'orientation des fibres, elle permet également de transmettre les sollicitations auxquelles sont soumises les pièces. Les matériaux ainsi obtenus sont très hétérogènes et anisotropes. Il faut différencier charges et renforts. Les charges, sous forme d'éléments fragmentaires, de poudres ou liquide, modifient une propriété de la matière à laquelle on l'ajoute (par exemple la tenue aux chocs, la résistance aux UV, le comportement au feu…). Les renforts, sous forme de fibres, contribuent uniquement à améliorer la résistance mécanique et la rigidité de la pièce dans laquelle ils sont incorporés. 1.1. Les renforts 1.1.1. Fibre de verre Elles constituent le renfort essentiel des composites de grande diffusion. Elle est obtenue à partir de sable (silice) et d'additifs (alumine, carbonate de chaux, magnésie, oxyde de bore). On distingue trois types de fibres : • E : pour les composites de grande diffusion et les applications courantes ; • R : pour les composites hautes performances ; • D : pour la fabrication de circuits imprimés (propriétés diélectriques). 1.1.2. Fibre de carbone C'est la fibre la plus utilisées dans les applications hautes performances. Elle est obtenue par carbonisation de la fibre de PAN (Polyactylonitrile). Selon la température de combustion, on distingue deux types de fibres : • fibres haute résistance (HR) : pour une combustion de 1000 à 1500 °C ; • fibres haut module (HM) : pour une température de combustion de 1800 à 2000 °C. GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 4 1.1.3. Fibre d'aramide Souvent appelée KEVLAR®, la fibre d'aramide est issue de la chimie des polyamides aromatiques. Il est possible de trouver deux types de fibres d'aramide de rigidités différentes : • les fibres bas module : utilisées pour les câbles et les gilets pare-balles ; • les fibres haut module : employées dans le renforcement pour les composites hautes performances. 1.1.4. Fibre de bore Fibres de haut module et insensibles à l'oxydation à hautes températures, elles sont obtenues par dépôt en phase gazeuse sur un substrat en tungstène. 1.1.5. Fibre de silice (ou de quartz) Elles sont produites comme le verre, par fusion, et sont essentiellement utilisées pour leur haute tenue chimique et thermique dans les tuyères pour moteur de fusée. 1.1.6. Fibres de polyéthylène de haut module Elles présentent une très bonne résistance à la traction mais une mauvaise mouillabilité. Pour des structures peu sollicités, on peut encore utiliser des fibres synthétiques courantes de polyamide ou polyester. 1.1.7. Caractéristiques moyennes des fibres et renforts Diamètre du filament (μm) Masse volumique (kg.m-3) Module d'élasticité longitudinal (MPa) Module de cisaillement (MPa) Coefficient de Poisson Contrainte de rupture (traction) MPa Allongement à rupture % Coefficient de dilatation thermique °C-1 Renforts d Mv E G k Cr A α Verre E 16 2 600 74 000 30 000 0,25 2 500 3,5 0,5*10-5 Verre R 10 2 500 86 000 0,2 3 200 4 0,3*10-5 Carbone HM 6.5 1 800 390 000 20 000 0,35 2 500 0,6 0,08*10-5 Carbone HR 7 1 750 230 000 50 000 0,3 3 200 1,3 0,02*10-5 Kevlar 49 12 1 450 130 000 12 000 0,4 2 900 2,3 -0,2*10-5 Bore 100 2 600 400 000 3 400 0,8 0,4*10-5 Silicate d'alumine 10 2 600 200 000 3 000 1,5 Polyéthylène 960 100 000 3 000 1.1.8. Architecture des renforts Les structures composites sont anisotropes. La plupart des renforts travaillent bien en traction, mais offrent de moins bonnes performances en compression et cisaillement. Il est donc impératif de jouer sur la texture et la géométrie des renforts pour créer une architecture adaptée. Il existe différentes géométries et textures de renforts : GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 5 • Les unidirectionnels (UD) : Dans une nappe UD, les fibres sont assemblées parallèlement les unes par rapport aux autres à l'aide d'une trame très légère. Taux de déséquilibre très grand. Trame Chaîne Les tissus se composent de fils de chaîne et de trame perpendiculaires entres eux. Le mode d'entrecroisement ou armure les caractérise. • Toile ou taffetas : Chaque fil de chaîne passe dessus puis dessous chaque fil de trame, et réciproquement. Le tissus présente une bonne planéité et une relative rigidité, mais est peu déformable pour la mise en œuvre. Les nombreux entrecroisements successifs génèrent un embuvage important et réduisent les propriétés mécaniques. • Serge : Chaque fil de chaîne flotte au dessus de plusieurs (n) fils de trame et chaque fil de trame flotte au dessus de (m) fils de chaîne. Armure de plus grande souplesse que le taffetas ayant une bonne densité de fils. Ci-contre, un sergé 2/2. • Satin : Chaque fil de chaîne flotte au dessus de plusieurs (n-1) fils de trame et réciproquement. Ces tissus ont des aspects différents de chaque côté. Ces tissus sont assez souples et adaptés à la mise en forme de pièces à surfaces complexes. Ce type de tissus présente une forte masse spécifique. Comme un tissu est difficilement déformable sur une surface gauche, on réalise également pour des utilisations spécifiques des armures bi ou tridimensionnelles. Tissu 3D ou tresse Tissu multiaxial GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 6 Il est également possible de réaliser des structures de renforts hybrides en tissant des fibres de natures différentes ou, en superposant des tissus ou nappes de renforts de fibres différentes. Tissu hybride carbone - aramide 1.1.9. Ensimage Les renforts destinées à la fabrication des composites reçoivent un ensimage. L'ensimage est une dispersion aqueuse spécifique comportant un agent collant, un agent pontant et des agents antistatiques, permettant d'assurer différents rôles : - compatibilité de la liaison fibre - matrice ; - cohésion interfilamentaire (raideur du fil) pour qu'il soit manipulable ; - protection contre l'abrasion générée par la mise en œuvre (frottement contre pièces métalliques) ; - élimination des charges électrostatiques dues aux frottements ; - augmentation du mouillage de la fibre au cours de l'imprégnation. L'ensimage est spécifique pour une résine et un procédé donné. 1.2. Les charges On désigne sous le nom général de charge toute substance inerte, minérale ou végétale qui, ajoutée à un polymère de base, permet de modifier de manière sensible les propriétés mécaniques, électriques ou thermiques, d’améliorer l’aspect de surface ou bien, simplement, de réduire le prix de revient du matériau transformé. A l'inverse des matières thermoplastiques, les matières thermodurcissables ont toujours contenu des charges de nature et de forme variées, à des taux souvent élevés pouvant atteindre 60 % en masse. Pour un polymère donné, le choix d’une charge est déterminé en fonction des modifications recherchées pour l’objet fini. Mais, d’une manière générale, les substances utilisables comme charges des matières plastiques devront d’abord satisfaire à un certain nombre d’exigences : - Compatibilité avec la résine de base ; - Mouillabilité ; - Uniformité de qualité et de granulométrie ; - Faible action abrasive ; - Bas prix de revient. GLOSSAIRE DES MATERIAUX COMPOSITES – CARMA –Actualisation octobre 2006 7 1.2.1. Les charges organiques - Charges cellulosiques, utilisées en tant que charges des résines thermodurcissables (phénoplastes et aminoplastes). Les avantages de ces matières cellulosiques sont leur coût peu élevé et uploads/s3/ glossairemateriauxcomposites-carma.pdf