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Auteur(s)
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Michel CHATAIN : Ingénieur de l’Institut industriel du Nord IDN - Docteur ès sciences physiques
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Ane rubrique importante du présent traité « Plastiques et Composites » est consacrée aux plastiques renforcés, c’est-à-dire aux matériaux constitués par une matrice organique renfermant des fibres souvent réparties de façon optimale pour assurer la plus grande résistance dans la direction des plus grandes contraintes.
On peut donc supposer que l’analyse de leur comportement et la prévision de leurs propriétés vont faire intervenir les caractéristiques de la matrice, celles des fibres, des problèmes d’interface et des conditions de fabrication. En effet, les propriétés mécaniques des composites sont très dépendantes des fibres employées : nature, répartition, taux, longueurs, diamètres, ensimages… Toutefois, les propriétés mécaniques, électriques, chimiques, photochimiques, thermiques sont largement affectées par celles de la matrice (en particulier par les températures de transition et de fusion pour les thermoplastiques) et cela d’autant plus que la fibre est plus courte et en plus faible proportion.
Une bonne connaissance des plastiques renforcés doit donc être fondée sur celle des renforts et des matrices.
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3. Propriétés
3.1 Qualités et défauts principaux
Les composites résistent à la corrosion ; on peut compter en général sur leur inertie chimique.
En carrosserie automobile, des pièces complexes facilement obtenues par moulage peuvent remplacer un grand nombre de pièces métalliques assemblées par soudage.
Il est possible de les colorer dans la masse, de les revêtir d’un gel coat pour les pièces moulées au contact, par projection ou par centrifugation ou d’un « in mold coating » pour celles qui sont fabriquées dans un moule fermé. Elles peuvent aussi être peintes.
Le renfort peut être orienté en fonction du champ de contraintes que devra subir l’objet.
Les masses volumiques relativement faibles conduisent à des rigidités et résistances spécifiques élevées.
La comparaison des différents composites montre l’influence de la fibre sur leurs propriétés.
Le verre s’hydrolyse en particulier en surface, ce qui justifie un gel coat épais.
Le prix des composites renforcés par des fibres de carbone est encore relativement élevé ; ils ont une faible résistance à l’impact et à l’abrasion ; les fibres sont cassantes.
Les aramides s’hydrolysent comme tous les polyamides avec une chute générale des propriétés.
Ces défauts peuvent être atténués par hybridation.
Un défaut commun à tous les composites qui se présentent sous forme de stratifiés (ce qui est la solution la plus courante) est leur faible résistance au délaminage soit entre couches de renfort, soit entre fibre et matrice. Un remède à cet inconvénient est une liaison multidirectionnel (3D, 4D… tissus aiguilletés).
HAUT DE PAGE3.2 Comparaison avec les métaux
Le tableau 1 présente les propriétés mécaniques de quelques composites unidirectionnels et alliages métalliques. Les composites sont à fibres parallèles avec un taux volumique de renfort d’environ 60 %.
Ce tableau montre que les résistances à la rupture massiques des composites unidirectionnels sont nettement supérieures (dans le sens des fibres) à celles des métaux.
On constate cependant que, plus on essaie de se rapprocher...
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