Mise en forme plastiques Composites méthodes classiques

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Mise en forme plastiques : Composites méthodes classiques Introduction sur les composites Matériau composite : association d'au moins deux matériaux non miscibles (qui ne peuvent pas se mélanger). Un matériau composite se définit comme un «assemblage» de plusieurs éléments qui produit un effet de synergie entre les propriétés de ces éléments . On obtient un matériau hétérogène (matériau constitué d'éléments de nature différente) composé : • D'un renfort : armature, squelette, il assure la tenue mécanique (résistance à la traction et rigidité). Souvent de nature filamentaire (des fibres organiques ou inorganiques). • D'une matrice : lie les fibres renforts, répartie les efforts (résistance à la compression ou à la flexion), assure la protection chimique. Par définition, c'est un polymère ou une résine organique. Principe de création : MATRICES RENFORTS MATERIAU COMPOSITES CHARGES ET ADITIFS

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Publié le : mardi 19 juin 2012
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Source : michel.baehrel.pagesperso-orange.fr
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Mise en forme plastiques :
Composites méthodes classiques Introduction sur les composites Matériau composite : association d'au moins deux matériaux non miscibles (qui ne peuvent pas se mélanger). Un matériau composite se définit comme un «assemblage» de plusieurs éléments qui produit un effet de synergie entre les propriétés de ces éléments . On obtient un matériau hétérogène (matériau constitué d'éléments de nature différente) composé : D’un renfort: armature, squelette, il assure la tenue mécanique (résistance à la traction et rigidité). Souvent de nature filamentaire (des fibres organiques ou inorganiques). D’une matricelie les fibres renforts, répartie les efforts (résistance à la : compression ou à la flexion), assure la protection chimique. Par définition, c'est un polymère ou une résine organique. Principe de création : MATRICES RENFORTS MATERIAU COMPOSITES CHARGES ET ADITIFS
Rôles des composants entrant en jeu La matricejoue plusieurs rôles: - Enrober et lier les fibres entre elles. - Transmettre les efforts aux fibres et les répartir. - Séparer les fibres les unes des autres. - Protéger les fibres des agressions extérieures. - Permettre l'obtention de formes diverses. Les matrices sont souvent des résines liquides mais peuvent être aussi solides. Les renforts apportent de la solidité au matériau composite. Ils sont responsables des propriétés mécaniques du matériau composite. On en retrouve de différentes compositions: - Fibres de Kevlar (Aramide) - Fibres de carbone et de graphite - Fibres de bore - Fibres organiques - Fibres d'origine naturelle - Fibres de verre Les charges et additifsservent à : - Réduire le coût - Résister au feu - Faciliter le démoulage - Modifier certaines propriétés thermiques ou électriques - Améliorer la résistance au vieillissement - Modifier la densité du matériau Le principal intérêt de l'utilisation des composites provient de ses excellentes caractéristiques spécifiques et leur faible taux d'utilisation vient de son coût. Pour les composites, on construit sa structure à la demande, en fonction du type d'application, de chargement. On cherchera toujours à orienter au mieux les renforts en fonction des efforts auxquels la structure est soumise. Les avantages des matériaux composites sont  grande résistance à la fatigue  faible vieillissement sous l'action de l' humidité, de la chaleur, de la corrosion (sauf alu-carbone)
 insensibles aux produits chimiques "m écaniques " comme les graisses, huiles, liquides hydrauliques, peintures, solvants, pétrole. Les grandes familles: LES COMPOSITES HAUTE PERFORMANCE (HP) LES COMPOSITES GRANDE DIFFUSION (GD) Principaux composants : Les GD: ils sont à base de fibres de verre et de résines polyester. Les HP : ils sont à base de fibre de verre, de carbone, de Kevlar, de résines époxydes (matériaux concernant principalement l’aérobalistique, l’aéronautique, et les sport de haut niveau) Les différents procédés : -Enroulement filamentaire Le procédé En ENROULEMENT FILAMENTAIRE, des pièces à symétrie axiale sont produites en enroulant le renfort imprégné de résine (faisceau de fibres ou bandelette) sur un mandrin en rotation fait en acier ou en plâtre. Il existe trois schémas d’enroulement : hélicoïdal, circulaire ou polaire – pour maximaliser les performances de l’application. Pour l’enroulement de formes plus complexes on utilise un système de bobinage avec plusieurs axes. On continue l’enroulement jusqu’à ce que l’on obtienne l’épaisseur souhaitée de composite puis on retire la pièce du mandrin dès qu’elle s’est durcie. Schéma du procédé (enroulement filamentaire d’un tube creux) FAIRETOURNERLEMANDRIN
PLONGERLESFIBRESDANSLA
SINE
ENROULERLEMANDRINDEFIBRES
LAISSERSECHER
LAISSERSECHER
Obtentiond’unecouche,àrépéterjusqu'àobtenirl’épaisseursouhaitée
Exemple d’application : Citernes, tuyaux, tubes, réservoirs sous pression, ailes de turbine éolienne, pointes de fusée, cadres de bicyclettes très légères et châssis. Méthodes de mise en œuvre manuelle Le procédé Dans les METHODES DE MISE EN OEUVRE MANUELLE, (hand lay-up), on enduit avec une résine un moule ouvert (fait en polymère renforcé de fibres de verre, en bois, en plâtre, en ciment ou en alliage métallique léger) pour donner au moulage une peau superficielle lisse. Lorsque celle-ci a réticulé (les macromolécules sont alors liées), on dépose à la main une couche de renfort (des fibres de verre ou de carbone tissées ou tricotées), on applique la résine avec une brosse ou un pistolet vaporisateur, on lamine ensuite la couche pour distribuer complètement la résine à travers les fibres. On répète cette opération couche après couche jusqu'à ce que l'on atteigne l'épaisseur désirée. On ajoute des agents ignifugeants et des charges inertes pour réduire les coûts et améliorer les propriétés. ENDUIRELEMOULEAVECLARESINE
DEPOSERUNECOUCHEDERENFORT
APPLIQUERLARESINESURLERENFORT
LAISSERSECHERObtentiond’unecouche,àrépéterjusqu'àobtenirPIECECOMPOSITEFINIEl’épaisseursouhaitéeMoulage de composés pré-imprégnés en masse (Ou en pâte) en anglais BMC (ou DMC) Le procédé Dans le MOULAGE DE COMPOSES PRE-IMPREGNES EN MASSE (BMC), on place une préforme de composé de moulage (résine, renfort, catalyseur et additifs déjà prémélangés dans des proportions optimales) dans la cavité d’un moule chauffé, et ensuite on la presse aux dimensions finales. On utilise des
pressions qui vont de 0,5 à 15 MPa en fonction des dimensions du moule et du matériau que l’on met en œuvre. Le moule est chauffé (à la vapeur, à l’électricité ou avec de l’huile chaude à des températures entre 140 et 160°C) pour faire polymériser (lier les macromolécules entre elles) la résine. Le moule est fait soit en aluminium soit en fonte de fer ou en acier. Le procédé utilise une presse hydraulique chauffée. Schéma du procédé(moulage de composés de pré-imprégnés en masse (BMC ou DMC) CHAUFFERLES2PARTIESDUMELANGERLARESINEETLESMOULE FIBRES
PLACERLAPREFORMEDANSLEMOULE
PRESSERLEMOULE
PIECECOMPOSITEFINIE
Obtentiondelaréforme
Exemple d’application : Boîtiers électriques, pièces de carrosserie, boîtiers pour les compteurs de gaz et d’électricité, roues de voiture. Moulage de pré-imprégnés en feuilles(SMC pour Sheet Moulding Compound en anglais) Le procédé Dans le MOULAGE DE PREIMPREGNES EN FEUILLES (SMC) est un des procédés les plus économiques pour la production de grandes séries de petits à moyens panneaux. Les composés préimprégnés sont des prémélanges de résine, de renforts coupés, de catalyseurs (si nécessaire) et d’additifs. On utilise dans ce procédé un moule de métal avec des parties qui se correspondent de manière précise. On place ce moule dans une presse chauffée. On coupe d’abord la feuille en une forme semblable à celle du moule de manière à minimiser la distance que le mélange doit parcourir pour remplir le moule. On referme ensuite le moule et on applique une pression (3-7 MPa) et une température pour former le panneau et le faire réticuler.
Schéma du procédé(moulage de préimprégnés en feuilles (SMC) PRESSERLEMOULE
PRESSERLEMOULE
PRESSERLEMOULE
PRESSERLEMOULE
Obtentiondelaréforme
PRESSERLEMOULEExemple d’application : Applications automobiles comme pare-chocs de voiture et panneaux de carrosserie de voiture et de camion. Comparatif L’enroulement filamentaireest particulièrement adapté pour fabriquer des pièces creuses à symétrie axiale et des structures en coquilles convexes. Les méthodes de mise en oeuvre manuellespermettent de faire de grandes pièces moulées et des petites séries car les matériaux pour faire les moules sont bon marché mais les techniques de mises en oeuvre manuelles requièrent beaucoup de main d'oeuvre. Le moulage de composés préimprégnés en masse (BMC) est un des procédés les plus économiques pour la production de grandes séries de pièces de petites et de moyennes dimensions. Le moulage de composés préimprégnés en feuille (SMC)est un des procédés les plus économiques pour la production de grandes séries de petits à moyens panneaux. Dans tous ces procédés on obtient un état de surface très lisse A titre indicatif : Mèche de carbone : 3€ pour 10m Résine epoxy : 15€ pour 500g
Tableau comparatifs des thermoplastiques et des thermodurcissables
Etat de base
Stockage matière de base
Mouillabilité des renforts
Moulage
Cycle
Caractéristiques
spécifiques
Tenue au choc
Tenue thermique
Chutes et déchets
TP : thermoplastiques
Solide (prêt à l'emploi : polymérisé)
Illimité
Difficile
Chauffage (fusion/ramollissement
+refroidissement de fixation)
court
assez bonne
réduite sauf nouveaux TP thermostables
recyclables
TD : thermodurcissables
Liquide visqueux à polymériser
Temps réduit (précautions à prendre)
aisée
chauffage continu
plus long (polymérisation)
limitée
meilleure
perdus
Conditions de mise en œuvre
bonnes + propreté
émanations pour méthode humide (allergie possible)
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