Le grand développement actuel des technologies aérospatiale et automobile repose sur l'utilisation des matériaux composites qui apportent un gain de masse important par rapport a leurs caractéristiques mécaniques. La mise en oeuvre de ces matériaux composites s'effectue à travers des procédés qui produisent la pièce en même temps que le matériau composite.
Ce site vous servira de support pour suivre l'évolution et le développement des matériaux composites surtout pour leurs utilisations en aéronautique.
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Définition d'un matériau composite
Définition d'un matériau composite:
Un matériau composite est par définition un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles ayant une forte capacité d'adhésion. Le nouveau matériau ainsi formé possède des performances supérieures à celles des éléments pris séparément. . Lire la suite -->

Constituant d'un matériau composite
Constituant d'un matériau composite:
Les deux constituant de base d'un matériau composite sont la matrice et le renfort. Le renfort assure la tenue mécanique tandis que la matrice assure la cohésion de la structure et le transfert de charges entre les renforts. A ces deux composants principaux peuvent s'ajouter des additifs qui permettent de modifier l'aspect, ou les caractéristiques du matériau.
Principaux avantages des matériaux composites
Principaux avantages des matériaux composites:
L'un des principaux avantages des matériaux composites est leur aptitude à être conçus à la carte. Ainsi, nous pouvons concevoir des matériaux avec une forte anisotropie. Cet avantage permet de concevoir la pièce en tenant compte des sollicitations mécaniques qu'elle va subir. L'autre principal avantage des matériaux composites est leur masse volumique très faibles, ils permettent ainsi un allégement des structures en industrie aéronautique et spatiale.
Technologies de mise en œuvre
Technologies de mise en œuvre:
Les matériaux composites structuraux se sont développés suivant deux voies technologiques principales : les procédés par voie humide pour lesquels le mélange entre les renforts et la matrice est réalisé dans le semi-produit (pré-imprégné) avant la phase de mise en forme, et les procédés par voie sèche pour lesquels le mélange est réalisé par injection ou infusion pendant la phase de réalisation et de mise en forme de la pièce finie. Cette dernière voie permet une réduction de façon conséquente des coûts de stockage et une augmentation des épaisseurs des renforts utilisées.




Cours en ligne Totalement gratuit sur les matériaux composites. Définition d'un matériau composite, les différents composants d'un matériau composite, les fibres et la résine… Les matériaux composites disposent d'atouts importants par rapport aux matériaux traditionnels. Ils apportent de nombreux avantages fonctionnels : légèreté, résistance mécanique et chimique, maintenance réduite, liberté de formes. Ils permettent d'augmenter la durée de vie de certains équipements grâce à leurs propriétés mécaniques et chimiques. Ils contribuent au renforcement de la sécurité grâce à une meilleure tenue aux chocs et au feu. Ils offrent une meilleure isolation thermique ou phonique et, pour certains d'entre eux, une bonne isolation électrique. Ils enrichissent aussi les possibilités de conception en permettant d'alléger des structures et de réaliser des formes complexes, aptes à remplir plusieurs fonctions. Dans chacun des marchés d'application (automobile, bâtiment, électricité, équipements industriels,…), ces performances remarquables sont à l'origine de solutions technologiques innovantes. Les matériaux composites (à matrices métalliques, élastomères, polymères ou céramiques) offrent aux industriels et aux designers des possibilités nouvelles d’associer fonction, forme et matériaux, au sein de réalisations, matériaux, systèmes de plus en plus performants. Poids, anisotropie, plurifonctionnalité sont autant d’atouts de principe. Des processus nouveaux de conception, d’industrialisation et de fabrication permettent d’étendre les possibilités techniques, et de mieux satisfaire des besoins parfois contradictoires (poids, fonctions…) auxquels les matériaux homogènes classiques répondent difficilement. Les aspects financiers sont de plus en plus importants : l’industrie des composites est en effetfortement capitalistique ; d’importants investissements (R&D, pré-série, équipements industriels…) sont nécessaires avant de pouvoir réaliser un chiffre d’affaires significatif. Une entreprise doit pouvoir offrir à ses actionnaires et à ses partenaires financiers une rentabilité et une transparence compétitives. Parmi les composites, on distingue deux types : les composites grande diffusion (GD) et les composites haute performance (HP). Les GD représentent 95% des composites utilisés. Ce sont en général des plastiques armés ou des plastiques renforcés, le taux de renfort avoisinant 30%. Dans 90% des cas, l'anisotropie n'existe pas ou n'est pas maîtrisée car les renforts sont des fibres courtes. Les principaux constituants de bases sont les résines polyesters (95% des résines thermodurcissables) avec des fibres de verre (+ de 99% des renforts utilisés !). Renforts et matrices sont à des coûts voisins. Les HP, principalement utilisés dans l'aéronautique sont d'un coût élevé. Les renforts sont plutôt des fibres longues. Le taux de renfort est supérieur à 50%, et ce sont les renforts qui influent sur le coût. Les propriétés mécaniques (résistance mécanique et rigidité) sont largement supérieur à celles des métaux, contrairement aux GD. Des méthodes de calculs de structures et d'homogénéisations ont été développés pour les HP. Les renforts contribuent à améliorer la résistance mécanique et la rigidité des matériaux composites et se présentent sous forme filamentaire, allant de la particule de forme allongée à la fibre continue qui donne au matériau un effet directif. Ils sont caractérisés par :• la nature de la fibre, minérale ou organique Les fibres de verre sont obtenues à partir de silice et d’additifs. Le verre est coulé en fusion à 1.250°C à travers une filière en platine-rhodium ; après refroidissement, les filaments sont étirés pour obtenir des fibres continues. Suivant les application auxquelles elles sont destinées, les fibres de verre sont réparties en trois qualités : La production de fibres de carbone repose sur la maîtrise de la production des fibres acryliques, précurseurs traditionnels des fibres de carbone, de formule générique (CH2- CHCN)n-(CH2-CXY)n’ (acrylonitrile + comonomère) par la voie classique du solvant, dite ex- Pan. On opère par carbonisation de la fibre de polyacrylonitrile (PAN) sous atmosphère neutre d’azote dans des fours à pyrolyse de façons à ne conserver que la chaîne carbonée.L'utilisation de la fibre de carbone reste limitée aux secteurs de l'aéronautique et des sports et loisirs, a cause du prix.Cependant, Les fibres de carbone souffrent aussi de handicaps techniques qui limitent également leur utilisation pour certaines applications dans les composites :• un allongement à la rupture insuffisant (inférieur à 2%) comparé à celui des fibres de verre et d’aramide (3 à 4%) armis ces familles de résines, on distingue deux types de résines qui sont, actuellement, les plus utilisées:• Les résines thermodurcissables (TD) qui sont, en général, associées avec des fibres longues. Les polymères thermodurcissables ont la forme d’un réseau tridimensionnel ; au cours de la polymérisation, ce réseau se ponte (double liaison de polymérisation) et durcit de façon définitive lors du chauffage selon la forme souhaitée. La transformation est irréversible. Les résine thermoplastiques (TP), renforcés avec des fibres courtes (et, parfois, avec des fibres longues) se développe fortement. Les polymères thermoplastiques ont une structure linéaire ; ils sont mis en forme par chauffage (les chaînes se plient), et durcissent au cours du refroidissement (les chaînes se bloquent). La transformation est réversible. Les procédés de mise en oeuvre des matériaux composites sont beaucoup plus nombreux que les techniques de transformation des métaux. Le terme "Liquid Composite Molding" (LCM) regroupe les procédés de type Transfert (RTM, VARTM, RTMLight, RTMeco, VARI), les procédés de type Transfert/Infusion (CRTM, LRI, FASTRAC) ainsi que l'infusion (RFI, Semi-preg).Le moulage par injection de résine (RTM) est un procédé de mise en forme des composites dans lequel une résine thermodurcissable, à viscosité relativement faible, est injectée à basse pression, à travers un renfort sec placé dans un moule fermé. Ses principales étapes sont : le placement du renfort fibreux dans le moule, le remplissage du moule et la polymérisation de la résine. Il présente de nombreux avantages par rapport à la technologie du pré-imprégné comme la possibilité de la mise en oeuvre des pièces de géométrie complexe et à plusieurs fonctionnalités. Lors de l'injection de la résine, un paramètre important entre en jeu : la viscosité doit être assez faible pour pouvoir entièrement infiltrer la préforme. Quelques résines initialement utilisées pour les pré-imprégnés, ont des viscosités plus importantes que celles utilisées lors du procédé RTM. Pour cela le procédé d'infusion d'un film de résine (RFI) a été développé. L'infusion de film de résine (RFI) est un procédé de mise en oeuvre de matériaux composites en cours de développement, il consiste à placer un film de résine en dessous d'une préforme sèche dans un moule et de comprimer l'ensemble (voir figure 1). Il présente un important avantage par rapport au RTM celui de l'utilisation de résine à viscosité importante et permet le déroulement en même temps de l'infiltration, la consolidation et la cuisson. Bien que le procédé d'injection (RTM) soit relativement ancien, sa mise en œuvre reste complexe et nécessite un savoir-faire technique important fondé le plus souvent sur l'expérience acquise.De ce fait, depuis plusieurs années des outils numériques ont été développés pour permettre la simulation des différentes étapes de mise en oeuvre. Ces outils permettent la description de : la progression du front de résine, la déformation des tissus comprimés dans le moule, la perméabilité des renforts fibreux, les échanges thermiques et l'avancée de la réaction de polymérisation… Certains d'entre eux ont atteint une maturité, d'autres n'en sont encore qu'au stade du développement.
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