Matériaux composites

Qu’est-ce qu’un matériau composite ?

Les atouts des matériaux composites sont multiples, et ce dans nombre de secteurs

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 (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

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