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Moulage au contact 2 Moulage par projection 3 Moulage sous vide ou «au sac » 4 Enroulement filamentaire 5 RTM (Resin Transfer Moulding) 6 L'infusion

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Les matériaux composites dans l'industrie des sports et loisirs

Rui Pedro Carreira, DECATHLON

Congrès RFIS, juin 2005 2

Introduction

Les composites se sont progressivement imposés dans le domaine des sports et loisirs en se substituant aux matériaux plus traditionnels comme le bois (nautisme, tennis, ski...) ou les métaux (cyclisme).

Leurs points forts :

Légèreté

Bon comportement à

l 'humidité e t à l a corrosion

Tenue à

l a fatigue

Rigidité

adaptable selon le type de renforts

Intégration de fonctions

Congrès RFIS, juin 2005 3

SommaireA.

Composition générale des matériaux composites : définitions B. Quelques procédés de fabricationde structures composites C.

Enjeux et défis des matériaux composites

Congrès RFIS, juin 2005 4

A. Composition générale des matériaux composites : définitions

Congrès RFIS, juin 2005 5

Association de deux ou plusieurs matériaux

RENFORT

MATRICE

COMPOSITE

CHARGES ET ADDITIFS

Congrès RFIS, juin 2005 6

QUELQUES DEFINITIONS

Renfort

: Phase discon t inue et souvent filamentaire à t rès hautes caractéristiques

mécaniques, qui assure le principal des contraintes mécaniques, du composite (résistance et rigidité, tenue aux chocs).

Matrice

: Phase continue qui assure la

cohésion, transfère et répartit les contraintes, protège des agressions extérieures les renforts et commande la mise en oeuvre.

Charges et additifs

: adhérence fibre/matrice, pigments de coloration, agents anti-UV

Congrès RFIS, juin 2005 7

Utilisé

d ans plus de 9 5 des composites

Prix bas (environ 3 €/kg)

Grande déformation à

r upture

Rigidité

insuffisante dans c e rtaines pièces de structure

Fibres de verreFibres de carbone

Très bonnes caractéristiques mécaniqu

es

Prix élevé

(20 €/kg)

Allongement à

r upture insuffisant

Congrès RFIS, juin 2005 8

Aramides

Kevlar (DuPont de Nemours)

Tenue à

l 'impact (applications balistiques)

Absorption des v

i brations, amortissement

Prix él

evé

Fibres naturelles

Lin, chanvre, sisal...

Alternative intéressante aux fi

bres de verre car elles peuvent être brûlées

Ces fibres se travaillent très fa

cilement avec les technologies du textile (tissage)

La repr

oductibilité d e leurs car a ct

éristiques physiques n'est pas

parfaitement maîtrisée

Congrès RFIS, juin 2005 9

Architecture des renforts

UD : roving

o u nappes

Mutidirectionnellealéatoire : mat

Tissus standards :

Taffetas

Sergé

Satin

Congrès RFIS, juin 2005 10

Matrices

Résines thermodurcissables

Durcissement définitif lors du cycle de polymérisation : transformation irréversible

Résines époxy notamment

Résines thermoplastiques

Polymères mis en forme par chauffage et durcissement au cours du refroidissement : transformation réversible

Autres matrices

Métalliques

Céramiques

Congrès RFIS, juin 2005 11

Résistance spécifique : comparaison avec les matériaux traditionnels

Congrès RFIS, juin 2005 12

Rigidité

spécifique : comparaison avec les matériaux traditionnels B. Quelques procédés de fabricationde structures composites

Congrès RFIS, juin 2005 14

1. Moulage au contact2. Moulage par projection3. Moulage sous vide ou "au sac»4. Enroulement filamentaire5. RTM (Resin Transfer Moulding)6. L'infusion7. Compression à

c haud

8. Enroulement par drappage

Congrès RFIS, juin 2005 15

1. Moulage au contact

Le procédé

c onsiste à d

époser sur la forme:

une c o uche de surface (gel coat) des couches successives de renforts imprégn s au rouleau d'une résine polymérisant à l 'ambiante

Congrès RFIS, juin 2005 16

Exemple d'application: élaboration d'une coque de bateau http://www.catamaran-outremer.com/

Congrès RFIS, juin 2005 17

2. Moulage par projection

La résine catalysée et les fibres de renfort coupées sont projetées simultanément au moyen d'un pistolet sur une forme

Congrès RFIS, juin 2005 18

3. Moulage sous vide ou "au sac»

Principe :

Dépose des tissus ou nappes préimprégnés (phase de drapp a ge) Couverture de l'ensemble par une membrane souple et étanche

1 bar (vide), 7 bars ou plus en autoclave

Congrès RFIS, juin 2005 19

Élaboration "

m aison d'une paire de skis (ENPC, juin 2003) Mise en place des différents tissus d'environnement utiles lors de la cuisson Mise sous vide de l'ensemble puis cuisson selon un cycle de temp

érature contrôlé

Congrès RFIS, juin 2005 20

4. Enroulement filamentaire

Adapté

aux pièces de révolution

Consiste à

e nrouler un renfort continu imprégné de résine s u r un mandrin tournant taux fibres jusqu'à 8 5% en volume

Applications :

Mâts

cannes à p

êches

shafts de golf

Congrès RFIS, juin 2005 21

Élaboration shaft

d e golf (1) Bain d'imprégnation : réglage du taux de rési ne, fib r es sous form e de mè ches Matière première sous forme de bobines de fibres de verre ou de carbone

Congrès RFIS, juin 2005 22

Élaboration shaft

d e golf (2)

La machi

n e est com p osé e de 3 p a rties p r i n ci pal e s : une p o up e q u i pe rm et de mainte ni r ferm em e n t le mand ri n, une aut r e q u i e n traî ne l e mand ri n e n rotation, un cha r i o t lib re d e se translater qui permet la dépose de s fibres le long du mandrin

Congrès RFIS, juin 2005 23

Élaboration shaft

d e golf (3)

Le chariot perm

et à la fibre de balayer toute la longueur du shaft, synchronisé par rapport

à la rotation d

u mand ri n pour mi e u x contrôl e r le recouv re me nt de s mèche s

Pilotage d

e l'enroulement filamentaire

Un automate programmabl

e pe rmet de régl e r les vitesses de rotation des mandri ns, les vitesses de tra n slation d u cha r i o t, le mouv em ent alternatif du chariot dans le cas ou l'e n roule m e n t doit être re nforcé dans une zone p a rticul iè re d u shaft

Congrès RFIS, juin 2005 24

5. RTM (Resin TransferMoulding)

Taux de fibres élevés

Environnement "

s anté procédé e n moule fermé, pas de dégagement de vapeurs nocives)

Moules mâle et femelle

: deux faces p ropres

Devrait se développer grâce à

l 'amélio ration des métho d es de simulation d' inje cti o n de résine

Congrès RFIS, juin 2005 25

Élaboration d'une fourche en RTM, Time (1)

2 2.

Les chaus

s ettes sont enfilées manuellement sur des formes en métal ou en mousse structurale

1. Le tissage est identique à celui d'un tissu traditionnel

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