Matériaux composites
Les matériaux composites sont des matériaux solides, constitués par l’association de plusieurs autres matériaux aux caractéristiques complémentaires (fibre de verre + résine polyester par exemple).
Cette association leur confère un ensemble de propriétés notamment mécaniques, chimiques, que chacune des constituantes pris isolément ne possède pas.
Les principaux constituants sont le renfort (fibre de verre, carbone, kevlar,…) et la matrice (résine polyester, époxy, vinylester,…). Le renfort a pour mission de supporter l’essentiel de l’effort mécanique appliqué au matériau composite.
Le rôle de la matrice (ou liant) est de lier les renforts entre eux, les protéger du milieu extérieur (corrosion, agent chimique,… par exemple) et répartir la charge mécanique appliquée.
Quels sont les atouts du matériau composite ?
- Légèreté (5 fois plus léger que l’acier)
- Rigidité (plus rigide que l’acier)
- Résistance mécanique
- Durée de vie, résistance à la fatigue
- Etanchéité
- Résistance aux agents chimiques
- Résistant à la corrosion
- Liberté de formes
- Tenue dimensionnelle
- Isolation électrique, thermique et/ou acoustique
- Résistance aux chocs
- Tenue au feu
- Possibilité d’intégration de fonction (charnière, câblage électrique, inserts de tout type, etc.)
- Teinte dans la masse
Fibre de verre
- Bon rapport performances/prix
- Disponible sous toutes les formes
- Bonne adhérence à toutes les résines
- Résistance à la température
- Dilatation thermique faible
- Bonnes propriétés diélectriques
- Bonne résistance à l’humidité
- Renfort le plus utilisé industriellement
Applications : transport, industrie, sport & loisirs, construction, médical, énergie, automobile, etc.
Fibre de carbone
- Excellentes propriétés mécaniques
- Très bonne tenue en température
- Dilatation thermique nulle
- Bonne usinabilité
- Bonnes conductibilités thermique et électrique
- Excellente résistance à l’humidité
- Tenue aux chocs faible
Applications : aéronautique, défense, industrie, transport, automobile, sport & loisirs, etc.
Kevlar (Aramide)
- Résistance à la rupture en traction très bonne
- Dilatation thermique nulle
- Excellente absorption des vibrations
- Très bonne résistance aux chocs à la fatigue
- Faible masse volumique
- Souvent mis en œuvre dans le secteur de la défense
Applications : aéronautique, défense, etc.
Les résines
- Polyester
- Vinylester
- Epoxy
- Polyuréthane
- Silicone
N.B. Liste non exhaustive des renforts et résines mis en œuvre chez Sobelcomp
Comparaison de caractéristiques de matériaux composites et de métaux
| Caractéristiques | Métaux | Composites à matrices organiques (1) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Acier 35 NCD 16 | Alliage aluminium AU 4 SG | Alliage Titane TA 6 V | Carbone HR / résine époxyde | Carbone HM / résiné époxyde | Aramide / résine époxyde | Verre R / résine époxyde | |
| Caractéristiques en traction : | |||||||
| Résistance à la rupture R (MPa) | 1850 | 500 | 1000 | 1000 à 1300 | 1000 | 1300 à 1800 | 1800 à 2000 |
| Module d’Young E (GPa) | 200 | 72 | 110 | 130 | 200 | 75 | 53 |
| Masse volumique ᵨ(g/cm³) | 7.9 | 2.8 | 4.45 | 1.5 | 1.7 | 1.37 | 2 |
| Résistance à la rupture massique R/ᵨg (km) | 24 | 18 | 23 | 65 à 85 | 60 | 95 à 130 | 90 à 100 |
| Module d’Young massique E/ᵨg (km) | 2500 | 2600 | 2500 | 8700 | 11800 | 5500 | 2650 |
| Coefficient de dilatation linéique (K-1) : | |||||||
| longitudinal | 12 – 10-6 | 23 – 10-6 | (2) | -0.2 – 10-6 | -0.8 – 10-6 | -5 – 10-6 | 6 – 10-6 |
| transversal | 12 – 10-6 | 23 – 10-6 | (2) | 35 – 10-6 | 35 – 10-6 | 60 – 10-6 | 31 – 10-6 |
(1) Composites unidirectionnels à 60% en volume de fibre
(2) Valeurs inconnues de l’auteur
g accélération due à la pesanteur
D’après A. Négrier et J.C. Rigal