Présentation
Auteur(s)
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Martine DAUCHIER : Ingénieur de l’École nationale supérieure de chimie et physique de Bordeaux - Chef du Service rigidimères ablatifs à Snecma Propulsion solide
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Jean-Claude CAVALIER : Docteur en chimie - Chef du Département développement matériaux à Snecma Propulsion solide
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les premiers matériaux utilisés dans les tuyères des propulseurs à poudre furent les métaux réfractaires tels que le tungstène et les graphites polycristallins. La forte masse volumique des premiers et la faible résistance au choc thermique avec rupture aléatoire des seconds ont conduit à les remplacer peu à peu par des matériaux composites. Dans cette application, les matériaux supportent des températures voisines de 3 000 °C pour des durées de quelques secondes à quelques minutes. De plus, compte tenu du fait que dans la plupart des tuyères les réactions chimiques ont lieu en milieu plutôt réducteur, il était naturel de considérer le carbone comme matériau de choix pour développer au début des années soixante une famille de composites appelés rigidimères ou composites phénoliques ablatifs, car ils sont constitués d’un renfort réfractaire tel que le carbone ou la silice et d’une matrice ablative à base de résine phénolique. Cette résine se décompose sous l’effet de la chaleur en laissant un résidu important de carbone, ce qui permet d’évacuer en partie l’énergie thermique des gaz de la tuyère et d’assurer le maintien du renfort.
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Dimensionnement des pièces de tuyèresArticle inclus dans l'offre
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4. Caractérisation des matériaux
Caractérisation et modélisation (dimensionnement des pièces) sont très fortement liées. C’est à partir de l’analyse des phénomènes se produisant pendant l’utilisation, que les caractéristiques à mesurer seront déterminées.
La caractérisation et donc le dimensionnement se heurtent à de nombreuses difficultés.
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Les matériaux phénoliques qu’ils soient pour un usage ablatif et/ou isolant sont des composites : à ce titre, ils se distinguent des autres matériaux par leur anisotropie. Les directions privilégiées du composite moulé selon les arrangements des renforts fibreux sont impérativement repérées (repère 1, 2 et 3) et restent attachées au composite (figure 3 a).
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Pour des raisons techniques diverses (besoins mécanique, thermique ou de faisabilité), les renforts peuvent avoir une orientation particulière par rapport à l’axe de la pièce bobinée. Cette orientation est repérée par rapport à la pièce par le repère (X, Y, Z) (figure 3 b).
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Les renforts étant généralement minéraux ne se dégradent pas ou peu sous l’effet de la température. Par contre, la matrice est organique et commence à se décomposer à environ 300 ˚C ; le matériau va donc évoluer, tant sur le plan morphologique (apparition de porosités) que chimique (apparition de coke de résine) et par voie de conséquence sur les plans mécanique et thermique.
4.1 Caractéristiques thermiques
Il existe plusieurs niveaux de modélisation du comportement thermique, incluant tout ou partie des phénomènes complexes décrits ci-après. Pour le niveau le plus élémentaire de modèle (matériau diffusif équivalent) deux caractéristiques thermiques sont mesurées :
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la capacité thermique massique c ;
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la conductivité thermique λ ou la diffusivité a.
Les méthodes d’essais permettant de mesurer ces propriétés nécessitent des éprouvettes de très faible dimension, d’où un problème de représentativité de la mesure par rapport à la maille élémentaire...
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Caractérisation des matériaux
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BIBLIOGRAPHIE
NORMES
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Plastiques renforcés – Composites pour moulage et préimprégnés. Détermination de la teneur apparente en matières volatiles - NF ISO 9782 - 06-94
-
Plastiques renforcées de fibres – Méthode de fabrication de plaques d'essai - ISO 1268 - 09-06
-
Plastiques renforcés de fibres – Préimprégnés et compositions de moulage – Détermination des taux de résines, de fibre de renfort et de charge minérale – Méthode par dissolution - NF EN ISO 11667 - 09-99
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Resin, phenolic, laminating (norme supprimée non remplacée, donnée à titre d'information) - MIL-R-9299C - 12-68
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Rhodia – Fibers and Resins Intermediate (fabricant de résine phénolique) http://www.rhodia.com
Hexcel Fabrics (fabricant d'imprégnés) http://www.hexcel.com
Messier-Bugatti http://www.messier-bugatti.com
Snecma Propulsion solide (fabricant de pièces composites, de tissu de carbone) http://www.snecma-propulsion-solide.com
Snecma Propulsion solide http://www.snecma-propulsion-solide.com
HAUT DE PAGE
Hexion (fabricant de résine phénolique) http://www.hexion.com
HITCO Carbon Composites Inc. (fabricant de pièces composites, de tissu de carbone) http://www.hitco.com
Fibercote Industries Inc. Nelcote (fabricant...
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