Composites

Pages: 20 (4847 mots) Publié le: 7 décembre 2013
CHAPITRE 2

Les Éléments Constituants
d'un Matériau Composite

2.1 INTRODUCTION
Un matériau composite (pris au sens adopté dans cet ouvrage) est constitué
d'une matrice et d'un renfort, constitué de fibres.
La matrice est elle-même composée d'une résine (polyester, époxyde, etc.) et
de charges dont le but est d'améliorer les caractéristiques de la résine tout en
diminuant le coût deproduction. D'un point de vue mécanique, l'ensemble résinecharges se comporte comme un matériau homogène, et le composite est considéré
comme constitué d'une matrice et d'un renfort.
Le renfort apporte au matériau composite ses performances mécaniques
élevées, alors que la matrice a pour rôle de transmettre aux fibres les sollicitations
mécaniques extérieures et de protéger les fibres vis-à-visdes agressions extérieures.
Le type d'association matrice-renfort dépend des contraintes imposées au concepteur : caractéristiques mécaniques élevées, tenue en température, coût, résistance à la corrosion, etc.
L'objet de ce chapitre est de dégager une synthèse générale mais non
exhaustive des divers constituants. Cette synthèse est abordée avec l'œil d'un
mécanicien. Pour une étude plusapprofondie, le lecteur pourra se reporter à divers
ouvrages [1 à 5].

2.2 LES RÉSINES
2.2.1 Les divers types de résines
Les résines utilisées dans les matériaux composites ont pour rôle de transférer
les sollicitations mécaniques aux fibres et de les protéger de l'environnement
extérieur. Les résines doivent donc être assez déformables et présenter une bonne
compatibilité avec les fibres. Enoutre, elles doivent avoir une masse volumique
faible de manière à conserver aux matériaux composites des caractéristiques
mécaniques spécifiques élevées.

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Chapitre 2 Les éléments constituants d'un matériau composite

Compte tenu de ces contraintes, les résines utilisées sont des polymères,
modifiés par différents adjuvants et additifs : agents de démoulage, stabilisants,
pigments,etc. Les résines sont livrées en solution, sous forme de polymères non
réticulés en suspension dans des solvants qui empêchent le pontage entre les
macromolécules prépolymérisées. Sous l'action de la chaleur, des liaisons se
développent entre les chaînes du prépolymère pour constituer un polymère
réticulé suivant une structure tridimensionnelle. Deux grandes familles de résines
polymèresexistent : les résines thermoplastiques et les résines thermodurcissables. Ces deux types de résine possèdent la faculté de pouvoir être moulés
ou mis en forme, pour donner soit un produit fini, soit un produit semi-fini dont la
forme peut être modifiée.
Les résines thermoplastiques, dont la fabrication atteint de loin le plus gros
tonnage du fait d'un faible coût, possèdent la propriété de pouvoirêtre mises en
forme plusieurs fois par chauffages et refroidissements successifs. Ces résines
peuvent donc être récupérées et facilement recyclées.
Par contre, les résines thermodurcissables ne peuvent être mises en forme
qu'une seule fois. En effet, après polymérisation par apport de chaleur en présence
d'un catalyseur, ces résines conduisent à une structure géométrique qui ne peut
êtredétruite que par un apport important d'énergie thermique. Ainsi, les résines
thermodurcissables possèdent des propriétés mécaniques et surtout thermomécaniques plus élevées que les résines thermoplastiques.
Du fait de ces caractéristiques plus élevées, les résines thermodurcissables sont
les plus employées actuellement dans la mise en œuvre des matériaux composites.
Cependant, l'amélioration descaractéristiques des résines thermoplastiques
conduit à une utilisation qui ne cesse de croître.
Deux autres classes de résines à usages spécifiques sont également utilisées, ce
sont :
— les résines thermoplastiques qui peuvent résister en service continu à des
températures de l'ordre de 200 °C et plus,
— les élastomères dont le renforcement par différentes fibres conduit à
diverses...
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