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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2. Constituants des matériaux
2.1 Renfort
Le renfort est constitué de fibres pouvant se présenter sous plusieurs formes ou architectures fibreuses appelées textures.
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Les fibres de carbone utilisées pour ces matériaux composites sont généralement différentes des fibres de carbone obtenues par pyrolyse sous tension et sous atmosphère contrôlée à des températures supérieures à 1 200 ˚C de fibres de polyacrylonitrile préoxydées à 250 ˚C (fibres ex-PAN) (cf. article Fibres de carbone [A 2 210] dans ce traité). Ces dernières sont celles produites par dizaines de milliers de tonnes pour les composites de grande diffusion et pour les composites carbone/carbone.
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Les matériaux composites phénoliques ablatifs sont constitués le plus souvent de fibres de carbone à précurseur rayonne grade aérospatial.
La matière de base de la fibre de rayonne est la pulpe de bois contenant la cellulose, à laquelle on fait subir différents traitements chimiques (macération dans une solution de soude qui conduit à la formation d’un cellulosate de sodium, pressage, malaxage, vieillissement sous air, puis réaction entre le cellulosate de sodium et le disulfure de carbone) de manière à la transformer en viscose. Cette viscose subit également un « mûrissement » qui consiste en un ensemble de réactions qui modifient la distribution et la forme chimique du soufre dans la solution et qui la rend apte au filage, c’est-à-dire qu’elle va être transformée en fil par étirage au travers d’une filière qui va comporter 490, 720, 1 000 ou 2 000 trous de 12 µm à 17 µm de diamètre [2].
Ces fibres de rayonne sont transformées en fibres de carbone par traitement thermique en continu ou discontinu dans des conditions spécifiques (atmosphère, vitesse et tension de défilement, etc.) à des températures variables comprises entre 1 000 et 2 500 ˚C.
La rayonne grade aérospatial a la particularité de conduire à des fibres de...
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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
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Plastiques renforcées de fibres – Méthode de fabrication de plaques d'essai - ISO 1268 - 09-06
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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
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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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