Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

1 | P a g e Mise en forme des matériaux composites Introduction : Depuis leur a

1 | P a g e Mise en forme des matériaux composites Introduction : Depuis leur avènement dans les années trente et jusqu’à nos jours, les matériaux composites ont fortement participé au développement de nos technologies. Grâce à eux, la consommation des véhicules de transport a été notablement réduite ; le nautisme s’est démocratisé, les voitures de courses sont devenues de plus en plus rapides et l’airbus A380 a pu prendre son envol. Les matériaux composites se démarquent par leur légèreté et leur facilité de mise en forme. Leur résistance mécanique, physique et chimique offre un large éventail de possibilités en termes d’utilisation, de design, de géométrie et d’intégration de fonctions. S’adaptant parfaitement à toute sorte d’environnement, même les plus hostiles, ils s’intègrent totalement à notre quotidien à tel point qu’ils peuvent passer inaperçus Encore destinés à une élite de la production automobile, les matériaux composites devraient se développer en grande série à moyen terme. Dans le contexte de la réduction des émissions de gaz à effet de serre par réduction des masses des voitures D’autres part, ils autorisent une plus grande liberté de géométrie, favorisent l’intégration de fonction permettant de réduire le nombre de pièces dans un assemblage et ont des performances mécaniques spécifiques très élevées. Un matériau composite est constitué de deux ou plusieurs matériaux dont les propriétés individuelles se combinent pour former un matériau hétérogène ayant des performances globales fortement améliorées. (Source Action Composite) Ce terme s’adresse plus particulièrement aux pièces plastiques constituées d’une matrice polymère et d’un élément renforçant de type fibreux Les différentes procédures de mise en forme des matériaux composites 1. Moulages sans pression Les méthodes de moulage à froid et sans intervention d’une presse sont les méthodes les plus simples à mettre en forme . Elles nécessitent un minimum d’équipement et par conséquent d’amortissement. Cette facilité a été à l’origine du succès des matériaux composites à fibres de verre, dans l’industrie et l’artisanat. Ces méthodes permettent la réalisation de pièces en petites et moyennes séries, sans restriction de formes et dimensions. Bien que la proportion de fibres puisse varier, elle reste toutefois limitée. Les pièces comportent une seule face lisse, reproduisant l’aspect du moule. Enfin, la qualité de la pièce moulée dépend dans une large mesure du savoir-faire du mouleur 2 | P a g e 2. Moulage au contact Avant moulage, le moule est revêtu d’un agent de démoulage, puis généralement d’une fine couche de résine de surface, souvent colorée, dénommée « gel Coat » Figure 1.Principe du moulage au contact Le moulage est ensuite effectué selon les opérations suivantes : 1) Le moule est enduit avec de la résine catalysée et accélérée, au pinceau ou au rouleau. 2) Le renfort : mat, tissu, etc., est disposé dans le moule. Divers types de renforts peuvent être utilisés suivant les différentes parties de la pièce. Les renforts doivent alors se superposer. 3) Le renfort est ensuite imprégné avec la matrice, puis un ébullage est effectué avec un rouleau cannelé. 4) Après gélification de la première couche, les couches suivantes sont appliquées, en utilisant la même technique. Des inserts peuvent être mis entre ces couches : tubes, vis, écrous, armatures, etc. 5) Le démoulage est ensuite effectué après un temps qui dépend de la résine et de la température (de l’ordre de 10 heures). 6) La polymérisation est ensuite effectuée en milieu ambiant pendant plusieurs semaines. Cette polymérisation peut éventuellement être accélérée par étuvage (par exemple 5 à 10 heures, aux environs de 80 °C). 7) Après polymérisation, on procède à la finition de la pièce : ébarbage, ponçage, éventuellement peinture, etc. 3.Moulage par projection simultanée Le moulage est effectué par projection simultanée de fibres coupées et résine catalysée sur un moule. L’équipement à projeter est constitué d’une machine à couper le stratifil et d’un pistolet projetant la résine et les fibres coupées, l’ensemble fonctionnant par air comprimé. La couche de fibres imprégnées de résine 52 est ensuite compactée et débarrassée des bulles au rouleau cannelé. 3 | P a g e Figure 2. Principe du moulage par projection simultanée 4.Moulage par injection La méthode de moulage par injection est la méthode la plus répandue des méthodes de mise en forme des thermoplastiques armés (les autres méthodes étant l’extrusion, l’extrusion soufflage, le thermoformage, etc.). Le moulage par injection est réalisé sur les presses conventionnelles utilisées pour l’injection des résines thermoplastiques. Des granulés comportant la résine et le renfort (fibres courtes, billes, etc.) ou des mats pré imprégnés sont extrudés par une vis d’Archimède. La matrice est fluidifiée par chauffage et injectée sous pression élevée dans un moule chauffé, où a lieu la polymérisation. Le type de matériaux obtenus est plus généralement appelé « plastiques renforcés » que matériaux composites. En effet, compte tenu de la nature des renforts (fibres courtes, sphères, etc.), la contrainte à la rupture et le module d’Young des résines sont multipliés par un facteur de l’ordre de 2 à 4. Cette technique est adaptée à la production de pièces en très grandes séries. 4 | P a g e Figure 3. Moulage par injection. 5.Moulage en continu Le moulage en continu permet la fabrication de plaques planes, panneaux, sandwiches, de panneaux ondulés pour toitures, plaques nervurées, etc. Schématiquement, ce procédé peut être séparé en plusieurs phases. 1. Une phase d’imprégnation des renforts : fibres, mats ou tissus. La résine catalysée et le renfort sont véhiculés sur un film de démoulage (cellophane, mylar, polyéthylène, etc.). 2. Une phase de mise en forme. 3. Une phase de polymérisation, effectuée dans une étuve (60 à 150 °C) en forme de tunnel, dont la longueur est fonction de la température et de la résine (15 à 50 m de long). 4. Une phase de refroidissement et découpage. Dans le cas de la fabrication de plaques planes, la mise en forme est simplement réalisée par une mise à l’épaisseur de la plaque, par pressage entre des rouleaux de calandrage. Dans le cas de panneaux ondulés, la mise en forme intervient au cours de la polymérisation (figure 3.8), par l’intermédiaire de rouleaux mobiles. Le procédé de moulage en continu peut être entièrement automatisé, et permet alors d’élaborer des plaques ou panneaux en continu. Il nécessite toutefois un investissement très important en matériel. 5 | P a g e Figure 4. Moulage en continu de plaques. Figure 5.Moulage en continu de panneaux ondulés. 6.Moulage par pultrusion Le procédé de moulage par pultrusion sert pour la fabrication de profilés, rectilignes ou courbes, à section constante, hautement renforcés dans la direction principale. Dans cette technique, les renforts : fils, stratifils, rubans, etc., passent dans un bain de résine catalysée où ils sont imprégnés. Ils traversent ensuite une filière chauffée dans laquelle ont lieu simultanément mise en forme du profilé et polymérisation de la résine. Ce procédé est applicable aux résines thermoplastiques et thermodurcissables. Les profilés obtenus ont des caractéristiques mécaniques élevées, compte tenu de la possibilité d’obtenir des proportions de renfort élevées jusqu’à 80 % en volume. Le procédé est adapté aux productions d’assez grandes séries (vitesse de défilement jusqu’à 20 m/h). Il nécessite un investissement important de matériel. Exemples de fabrication : cannes à pêche, profilés divers, raidisseurs, etc. 6 | P a g e Figure 6.Moulage par pultrusion. 7.Moulage par centrifugation Cette technique est réservée au moulage de pièces de révolution, en particulier tubes, tuyaux, cuves, etc. Elle est une extrapolation de la technique de fabrication des tuyaux en fonte ou en béton centrifugé. Le moule de révolution, enduit d’agent de démoulage, est mis en rotation (à environ 2 000 tours/min). Après dépôt éventuel de gel Coat, on introduit simultané- ment en continu : – le renfort : fibres coupées ou stratifil coupé ; – la résine catalysée et accélérée (résines époxydes, polyesters, etc.) durcissant à froid. Figure 7. Moulage par centrifugation. 7 | P a g e 8.Moulage par enroulement filamentaire Le renfort (fil continu, ruban, etc.) imprégné de résine catalysée est enroulé avec une légère tension, sur un mandrin cylindrique ou de révolution en rotation. Ce type de moulage est bien adapté aux surfaces cylindriques et sphériques, et permet une conception avancée des pièces. Les stratifiés obtenus peuvent comporter des proportions élevées de renfort (jusqu’à 80 % en volume), permettant donc d’obtenir de hautes caractéristiques mécaniques. L’investissement en matériel est très important. Suivant les mouvements relatifs du mandrin et du système d’approvisionnement en renfort, divers types d’enroulements (et par conséquent de stratifications) sont obtenus. On distingue : l’enroulement circonférentiel, l’enroulement hélicoïdal, l’enroulement polaire. 8.1. Enroulement circonférentiel : Le bobinage est effectué à 90 ° par rapport à l’axe du mandrin et confère une résistance tangentielle élevée. Pour obtenir une résistance longitudinale satisfaisante, il est nécessaire d’intercaler des couches de tissus unidirectionnels dans le sens axial du mandrin. Ce type d’enroulement est assez peu utilisé. Figure 8. Principe de l’enroulement circonférentiel. Renfort Résine Mandrin Tissu Unidirectionnel 8 | P a g e 8.2. Enroulement hélicoïdal : 8.2.1. Enroulement discontinu : La direction d’enroulement des fils est inclinée par rapport à l’axe du mandrin d’un angle dont uploads/s3/ cours-complet-materiaux-non-metalliques-l3-gm.pdf