[PDF] GENERALITE SUR LES MATERIAUX COMPOSITES

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Chap

I. GENERALITE

SUR LES MATERIAUX

COMPOSITES

DEFINITION :

Composite constitué de deux ou

plusieurs parties différentes. de nature diff. Se complétant pour aboutir à un matériau dont les performances sont sup. à ceux des composant pris séparément.

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CONSTITUTION

MAT. COMPOSITE = PHASE CONTINUE + PHASE DISCONTINUE

MATRICE

Prop. Mécaniques médiocres

RENFORT

Prop. Mécaniques élevées

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Cloison

de Yacht

Prototype de voiture

Bateau de Compétition

Culasse

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Barges protectricesde pompes

Dans un milieu tréscorrosif

Station -

Gauche : nez-158

fabriquépar unemachine de tissagetriaxiale. droite: AGM-158 durantun vol test.

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Classification des Composites Artificiels

Composites

À ParticulesÀ FibresStructurel

ContinuesDiscontinues

StratifiésPaneaux

Sandwich

Larges

ParticulesParticules

renforcées

AlignésDésordonnés

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CLASSIFICATION DES MATERIAUX

COMPOSITES

I

La forme des constituants

composites à particules : renfort sous forme de particules (pas de dimension privilégiée) * améliorent certaines prop . De la matrice composites à fibres: renfort sous forme de fibres continues ou discontinues (fibres courtes ou coupées). on peut avoir une modulation parfaites des prop.mécaniques en jouant sur: a)

Nature des constituants,

b) leurs proportions, c) Pour un systèmeMatrice/phase discontinue, les paramètresinfluant sur les propriétésdes composites sontillustrésci-dessous :

PARAMETRES DES COMPOSITES

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Concentration

TailleForme

RépartitionOrientation

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2.23.15

Exemplede comparaisondes propriétésmécaniquesde quelquesmatériauxusuels avec des renfortsà base de fibresde verres, de carboneouautres.

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COMPOSITE A MATRICE ORGANIQUE AVEC:

COMPOSITE A MATRICE METALLIQUE

De titane) avec :

-Fibres minérales, métalliques ou mtallo-minérales (fibres de bore revetues de carbure de silicium BorSiC)

COMPOSITE A MATRICE MINERALE(Céramique) avec :

-Fibres métalliques : bore -Particules métalliques : cermets.

TYPES DE COMPOSITES

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MATERIAU

COMPOSITE A MATRICE

POLYMERE ET RENFORT FIBREUX

MATRICERENFORT

RESINE + CHARGEFIBRES ET TISSUS

-MATERIAU HOMOGENE -TRANSMETTRE LES SOLLICI.

AUX FIBRES

-PROTEGER LES FIBRES

APPORTENT AU COMPOSITE

SES PERFORMANCES ELEVEES

MATERIAU COMPOSITE

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RESINES THERMODURCISSABLES

-résines polyester -résines de condensation -résines époxydes

LES RESINES

RESINES THERMOPLASTIQUES

-polyamide -polypropylène -polystyrène

RESINES THERMOSTABLES

-résine bismaléimides -résines polyimides

LES CHARGES ET ADDITIFS

CHARGES Renforçantes

-microbilles de verre -microbilles de carbone -débris de mica

CHARGES NON RENFORCANTES

(Leur rôle est de diminuer le cout des résines en augmentant la quantité) -craie, calcites

Silices (broyage de sable de quartz)

ADDITIFS

-lubrifiants et démoulant -pigments et colorants -agents anti-retrait

Anti-ultra-violet.

NATURE DES CONSTITUANTS

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Types de

Résines

Polyamide

Polycarbonate

Epox y

Polyesters

Résines

styréniques

Résines acétals

Polyuréthanes

Poly (sulfure de

phénylène

Polysulfones

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RESINES THERMODURCISSABLES

RESINES THERMOPLASTIQUES

RESINES THERMOSTABLES

Props. Mécaniques et thermomécaniques meilleurs que les thermoplastiques peuvent être mis en forme plusieurs fois par chauffage et refroidissement Succéssifs, donc Récupérables et facilement recyclable. Performances thermiques très élevées (mélange des deux précedentes)

Par exemple :

Supérieur, à 250

-15 développée par la NASA, utilisée Essentiellement dans les pièces de structures pour les réacteurs.

PROPRIETES DES RESINES

PROPRIETES DES RESINES THERMODURCISSABLES

PROPRIETES DES RESINES THERMOPLASTIQUES

PROPRIETES DES RESINES THERMOSTABLES

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LES FIBRES ET TISSUS

AVANTAGES

-Masse volumique faible. -Maniabilité et bonne compatibilité avec les résines.

PRESENTATION

SOUS FORME LINEIQUE

SOUS FORME DE TISSUS SURFACIQUES

SOUS FORME MULTIDIRECTIONNELLE

-les mats -les tissus et rubans *toile et taffetas *satin *sergé *tissu haut module *armature unidirectionnelle -tresses -tissus multidirectionnels -fils ou mèches

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TrameChaîneMAT

Nappe de verre RUnidirectionnel

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Fibres Bidirectionnelles

L'assemblage de mèches par tissage ou tressage permet d'obtenir des plis plus facilement manipulables, même s 'ils ne sont pas pré imprégnés.

Les Tissus

Les tissus sont fabriqués par croisement des mèches de chaîne (déroulées dans le sens de la longueur)par les mèches de trame qui leurs sont perpendiculaires (voir les photos ci-dessous). Différents modes de croisement(appelés armures) sont possibles : taffetas, sergé,satin... Métier à tisser Détail du tissage d'un taffetas en fibres de verre

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Un tissu peut avoir la même constitution en chaîne et en trame (tissu équilibré),

avoir une direction prépondérante (tissu déséquilibré); il peut être constitué de

plusieurs types de fibres (tissu hybride). Taffetas :une mèche de trame passe successivement dessus et dessous une mèche de chaîne(voir les photos ci-dessous). Taffetas équilibré (roving verre E, 150 g/m2)

Taffetas déséquilibré

(chaîne carbone T3003K, trame verre E,

160 g/m2, ici pré imprégné d'époxy)

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Sergé : une mèche de trame passe successivement dessus n mèches de chaîne puis dessous n mèches de chaîne (voir la figure ci-dessous). Sergé 2x2 équilibré (verre E, silionne, 295 g/m2) Satin de 4 équilibré (carbone T300 3K, 285 g/m2) Le formage des sergés et des satins sur des géométries complexes est plus facile que celui des taffetas. L'ondulation des fibres diminue des taffetas aux sergés et aux satins. En conséquence les caractéristiques planes augmentent des taffetas aux sergés et aux satins. Cet effet dépend beaucoup du diamètre des mèches de fibres. Tresse :les machines à tresser permettent de réaliser des tresses plates ou tubulaires; le nombre de mèches étant limité par le principe de la machine à tresser il n'est pas possible de réaliser des tresses de grande largeur; l'angle des mèches varient autour de 45 degrés en fonction de l'augmentation ou de la réduction de largeur imposée à la tresse au moment de son utilisation. Satin :une mèche de trame passe successivement dessus n fils de chaîne puis dessous une mèche de chaîne (voir les figures ci-dessous).

Satin de 4 vu en coupe

Tresse plate (verre E)

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