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Généralités sur les matériaux composites

Une définition de matériaux composites peut être la suivante : il s'agit de matériaux qui ne sont pas normalement présents dans la nature et sont le produit d'une combinaison tridimensionnelle d'au moins deux matériaux chimiquement différents avec une interface de séparation.
La combinaison ainsi obtenue a des propriétés chimiques et physiques non relevables dans chacun des matériaux prix individuellement la composant.

Plusieurs MC sont utilisés dans des structures telles que par exemple celles employées sur le Boeing 777 en raison de leur résistance et de leur légèreté, ainsi que de leur résistance à la fatigue, à la corrosion et aux impacts.

Les MC se distinguent des métaux puisqu'il s'agit d'une combinaison de matériaux différents, tant pour leur composition que pour leur forme.  Chaque constituant maintient son identité dans la composition finale, sans se dissoudre ou sans se fondre complètement dans l'autre.

Le béton armé est un excellent exemple de structure composite, où le ciment et l'acier gardent toute leur identité. Les barres d'acier supportent les charges de tension, tandis que le ciment supporte celles en compression.  Dans le domaine des constructions aéronautiques, l'expression “structures composites” se réfère à des combinaisons de tissus et de résines où le tissu est imbibé de résine tout en gardant son identité.

Les MC avancés consistent en une nouvelle fibre à haute résistance, insérée dans une matrice époxydique.  Les résultat est une économie de poids dans les structures aéronautiques, par exemple, grâce à un rapport amélioré poids-résistance.


Les structures de graphite-époxy permettent de réaliser une économique de poids de 20% par rapport à l'aluminium.  La réduction des poids représente l'avantage le plus évident à l'appui du choix.  D'autres avantages par rapport aux matériaux traditionnelles comprennent la haute résistance à la corrosion et la résistance aux charges de type cyclique (fatique).

En revanche, le désavantage le plus important est lié aux coûts majeurs.

Les MC hybrides sont obtenus normalement en ajoutant de la fibre de verre ou du kevlar à la matrice de base fibre – époxy.  Les ajouts sont effectués pour obtenir des caractéristiques spécifiques, telles que la résistance à la rupture ou aux impacts.  L'ajout de carbone-époxy aux structures en fibres de verre, par exemple, augmente la rigidité de l'ensemble.

 

La plupart des matériaux composites modernes combinent une matrice en résine thermodurcissable avec des renforts en fibre en sus des cellules de renfort, telles que les mousses dures et les structures en nid d'abeille (honeycomb).

Les renforts utilisés généralement sont le verre, le carbone et les fibres d'aramide ; ces dernières sont disponibles dans différentes formes (continues, fragmentées, multiaxiales ou tissées).

Un choix adéquat des types de renfort permet d'étalonner les caractéristiques de force et de résistance de la structure finale en fonction de quasiment toutes les exigences requises par le produit fini.La fibre de verre est de loin la fibre de renfort la plus utilisée, d'où les termes GRP (glass reinforced plastic / plastique renforcé de fibre de verre) et FRP (Fiber reinforced plastic / plastique renforcé de fibre) utilisés souvent pour décrire des produits réalisés avec des composites.

Les matrices de résine thermodurcissable les plus couramment utilisées incluent le polyester, l'époxy, l'ester de vinyle et les phénols.  Le choix des types de résines employées permet de modifier les caractéristiques relatives aux températures de fonctionnement, à la résistance aux agents chimiques et à l'agression des agents atmosphériques, aux propriétés de di conductivité électrique et à la résistance au feu.

Quasiment tous les produits réalisés avec des matériaux traditionnels peuvent être également réalisés en utilisant des matériaux composites.
Alors que l'utilisation des composites est presque un choix obligé pour certains types d'applications, la sélection du matériel à employer varie en général en fonction de la durée utile requise au produit fini, du nombre total de pièces à produire, de la complexité de la forme, de l'économie dans les coûts d'assemblage et, en dernier lieu, de l'expérience dans l'utilisation des composites.  Dans de nombreux cas, les meilleurs résultats s'obtiennent grâce à l'utilisation combinée de matériaux composites et de matériaux traditionnels.

Les processus de production ont également connu une évolution constante. Bien que l'application manuelle demeure encore une technique répandue, les nouvelles techniques telles que l'infusion sous vide feront leur chemin dans les secteurs à haute technologie tels que les applications aérospatiales pour les matériaux composites.

Caractéristiques des matériaux composites

  • Haute résistance et faible poids
  • Résistance à la corrosion
  • Durée

Les matériaux composites affichent un meilleur rapport poids-résistance par rapport à l'aluminium et à l'acier et peuvent être élaborés pour fournir une large gamme de caractéristiques relativement résistantes à l'impact, à la tension et au fléchissement.

Caractéristiques des matériaux composites : en option

  • Ignifuges
  • Antistatiques ou à haute conductivité électrique
  • Pigmentés ou translucides

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