Il existe un large choix de matières premières pour les composites, notamment les résines, les fibres et les matériaux d'âme. Chaque matériau possède des propriétés uniques de résistance, de rigidité, de ténacité et de stabilité thermique, avec des coûts et des rendements variables. Cependant, les performances finales d'un matériau composite dépendent non seulement de la matrice de résine et des fibres (ainsi que du matériau d'âme dans une structure sandwich), mais aussi de la méthode de conception et du procédé de fabrication des matériaux qui le composent. Cet article présente les méthodes de fabrication courantes des composites, les principaux facteurs influençant chaque méthode et les critères de sélection des matières premières pour les différents procédés.
Moulage par pulvérisation
1. Description de la méthode : le matériau de renforcement à fibres courtes et le système de résine sont pulvérisés simultanément dans le moule, puis durcis sous pression atmosphérique pour former des produits composites thermodurcissables issus d'un processus de moulage.
2. Choix des matériaux :
Résine : principalement polyester
Fibre : fil de fibre de verre grossière
Matériau de base : aucun, à combiner uniquement avec du contreplaqué
3. Principaux avantages :
1) Longue tradition artisanale
2) Faible coût, mise en œuvre rapide de la fibre et de la résine
3) Faible coût du moule
4. Les principaux inconvénients :
1) Le contreplaqué forme facilement une zone riche en résine, un poids élevé
2) Seules les fibres courtes peuvent être utilisées, ce qui limite considérablement les propriétés mécaniques du contreplaqué.
3) Afin de faciliter la pulvérisation, la viscosité de la résine doit être suffisamment faible, ce qui entraîne une perte des propriétés mécaniques et thermiques du matériau composite.
4) La teneur élevée en styrène de la résine pulvérisée signifie qu'il existe un risque potentiel élevé pour l'opérateur, et la faible viscosité signifie que la résine peut facilement pénétrer les vêtements de travail de l'employé et entrer en contact direct avec la peau.
5) Il est difficile de satisfaire aux exigences légales concernant la concentration de styrène volatil dans l’air.
5. Applications typiques :
Clôtures simples, panneaux structurels à faible charge tels que carrosseries de voitures décapotables, carénages de camions, baignoires et petits bateaux.
Moulage par stratification manuelle
1. Description du procédé : la résine est infiltrée manuellement dans les fibres. Ces dernières peuvent être tissées, tressées, cousues ou collées par d’autres méthodes de renforcement. Le moulage par stratification manuelle est généralement réalisé à l’aide de rouleaux ou de pinceaux, puis la résine est pressée avec un rouleau encolleur pour la faire pénétrer dans les fibres. Le contreplaqué est ensuite placé sous pression normale pour durcir.
2. Choix des matériaux :
Résine : aucune exigence particulière, résines époxy, polyester, ester à base de polyéthylène et phénoliques disponibles.
Fibres : aucune exigence particulière, mais le poids de base des fibres aramides plus grosses rend difficile leur infiltration dans le tissu posé à la main.
Matières premières : aucune exigence
3. Les principaux avantages :
1) Longue histoire de la technologie
2) Facile à apprendre
3) Faible coût du moule si l'on utilise une résine à polymérisation à température ambiante
4) Vaste choix de matériaux et de fournisseurs
5) Teneur élevée en fibres, utilisation de fibres plus longues que par pulvérisation
4. Principaux inconvénients :
1) Le mélange de résine, la teneur en résine du stratifié et sa qualité sont étroitement liés au savoir-faire de l'opérateur ; il est difficile d'obtenir un stratifié à faible teneur en résine et à faible porosité.
2) Risques pour la santé et la sécurité liés à la résine : plus le poids moléculaire de la résine de stratification manuelle est faible, plus le risque potentiel pour la santé est grand ; plus la viscosité est faible, plus la résine est susceptible de pénétrer les vêtements de travail des employés et d'entrer ainsi en contact direct avec la peau.
3) En l'absence d'une bonne ventilation, la concentration de styrène évaporé des esters à base de polyester et de polyéthylène dans l'air est difficilement conforme aux exigences légales.
4) La viscosité de la résine en pâte à la main doit être très faible, donc la teneur en styrène ou autres solvants doit être élevée, ce qui entraîne une perte des propriétés mécaniques/thermiques du matériau composite.
5) Applications typiques : pales d'éoliennes standard, bateaux produits en série, maquettes architecturales.
processus de mise sous vide
1. Description de la méthode : Le procédé de mise sous vide est une extension du procédé de stratification manuelle décrit ci-dessus, c'est-à-dire que la mise sous vide d'une couche de film plastique sur le moule sera appliquée au contreplaqué stratifié manuellement, puis une pression atmosphérique sera appliquée au contreplaqué pour obtenir un effet d'évacuation et de serrage, afin d'améliorer la qualité du matériau composite.
2. Sélection des matériaux :
Résine : principalement les résines époxy et phénoliques ; les résines polyester et ester à base de polyéthylène ne conviennent pas car elles contiennent du styrène, susceptible de se volatiliser dans la pompe à vide.
Fibres : aucune exigence, même si le poids de base des fibres les plus grosses peut être infiltré sous pression
Matières premières : aucune exigence
3. Principaux avantages :
1) Il est possible d'obtenir une teneur en fibres supérieure à celle obtenue par le procédé de stratification manuelle standard.
2) Le taux de vide est inférieur à celui du procédé de stratification manuelle standard.
3) Sous pression négative, la résine s'écoule suffisamment pour améliorer le degré d'infiltration des fibres ; bien entendu, une partie de la résine sera absorbée par les consommables du vide.
4) Santé et sécurité : le procédé de mise sous vide permet de réduire le dégagement de composés volatils pendant le processus de durcissement.
4. Principaux inconvénients :
1) Ce processus supplémentaire augmente le coût de la main-d'œuvre et des matériaux jetables pour sacs sous vide
2) Exigences de compétences plus élevées pour les opérateurs
3) Le mélange de résine et le contrôle de sa teneur dépendent largement de l'habileté de l'opérateur.
4) Bien que les sacs sous vide réduisent le dégagement de composés volatils, le risque pour la santé de l'opérateur reste plus élevé que lors des procédés d'infusion ou de préimprégnation.
5. Applications typiques : yachts de grande taille en édition limitée, pièces de voitures de course, processus de construction navale pour le collage des matériaux de base.
Moulage par enroulement
1. Description du procédé : Le procédé d’enroulement est principalement utilisé pour fabriquer des pièces structurelles creuses, rondes ou ovales, telles que des tuyaux et des auges. Les faisceaux de fibres sont imprégnés de résine puis enroulés sur un mandrin dans différentes directions. Le procédé est contrôlé par la machine d’enroulement et la vitesse de rotation du mandrin.
2. Choix des matériaux :
Résine : aucune exigence particulière, par exemple époxy, polyester, ester à base de polyéthylène et résine phénolique, etc.
Fibres : aucune exigence particulière, utilisation directe des bobines de fibres du métier à bobiner, sans tissage ni couture préalables.
Matériau du noyau : aucune exigence particulière, mais le revêtement est généralement un matériau composite monocouche.
3. Les principaux avantages :
(1) La rapidité de production est une méthode de stratification économique et raisonnable.
(2) La teneur en résine peut être contrôlée en mesurant la quantité de résine transportée par les faisceaux de fibres passant à travers la rainure de résine.
(3) Coût des fibres minimisé, aucun processus de tissage intermédiaire
(4) Excellentes performances structurelles, car les faisceaux de fibres linéaires peuvent être disposés selon les différentes directions porteuses de charge.
4. Principaux inconvénients :
(1) Le procédé est limité aux structures rondes et creuses.
(2) Les fibres ne sont pas facilement et précisément disposées le long de l'axe axial du composant
(3) Coût plus élevé du moulage positif sur mandrin pour les grandes pièces structurelles
(4) La surface extérieure de la structure n'est pas une surface moulée, donc l'esthétique est moins bonne
(5) Lors de l'utilisation de résine à faible viscosité, il convient de prêter attention aux propriétés mécaniques et aux performances en matière de santé et de sécurité.
Applications typiques : réservoirs et canalisations de stockage de produits chimiques, bouteilles, bouteilles respiratoires pour pompiers.
moulage par pultrusion
1. Description du procédé : Un faisceau de fibres imprégné de colle, étiré depuis le porte-bobine, passe sur une plaque chauffante. La résine imprègne les fibres sur cette plaque, et sa teneur est contrôlée. Le matériau est ensuite polymérisé pour obtenir la forme souhaitée. Cette forme, une fois polymérisée, est découpée mécaniquement en différentes longueurs. Les fibres peuvent également pénétrer sur la plaque chauffante dans des directions autres que 0°. L'extrusion et le moulage par étirage sont des procédés de production continus, et la section transversale du produit a généralement une forme fixe, tolérant de légères variations. Le matériau pré-humidifié passe sur la plaque chauffante, est fixé, puis étalé dans le moule pour polymériser immédiatement. Bien que moins continu, ce procédé permet de modifier la forme de la section transversale.
2. Choix des matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, ester à base de polyéthylène et résine phénolique, etc.
Fibre : aucune exigence
Matériau de base : peu utilisé
3. Principaux avantages :
(1) La rapidité de production constitue une méthode économique et raisonnable de pré-humidification et de durcissement des matériaux.
(2) contrôle précis de la teneur en résine
(3) minimisation du coût des fibres, sans procédé de tissage intermédiaire
(4) Excellentes propriétés structurales, car les faisceaux de fibres sont disposés en lignes droites, la fraction volumique de fibres est élevée.
(5) La zone d'infiltration des fibres peut être complètement scellée afin de réduire le dégagement de composés volatils.
4. Les principaux inconvénients :
(1) le procédé limite la forme de la section transversale
(2) Coût plus élevé de la plaque chauffante
5. Applications typiques : poutres et fermes de structures d'habitation, ponts, échelles et clôtures.
Procédé de moulage par transfert de résine (RTM)
1. Description du procédé : Des fibres sèches sont disposées dans le moule inférieur, lequel peut être pré-pressurisé afin d’épouser au mieux la forme du moule et d’assurer une bonne adhérence des fibres. Le moule supérieur est ensuite fixé sur le moule inférieur pour former une cavité, dans laquelle la résine est injectée. L’injection de résine sous vide et l’infiltration des fibres, procédé appelé injection de résine sous vide (VARI), sont couramment utilisées. Une fois l’infiltration des fibres terminée, la vanne d’introduction de la résine est fermée et le composite est polymérisé. L’injection et la polymérisation de la résine peuvent être réalisées à température ambiante ou à chaud.
2. Sélection des matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, polyvinyle ester et résine phénolique ; la résine bismaléimide peut être utilisée à haute température.
Fibres : aucune exigence particulière. Les fibres cousues sont plus adaptées à ce procédé, car l’espace entre les fibres favorise le transfert de résine ; il existe des fibres spécialement conçues pour faciliter l’écoulement de la résine.
Matériau de base : la mousse cellulaire ne convient pas, car les cellules en nid d'abeille se rempliront de résine et la pression provoquera également l'affaissement de la mousse.
3. Les principaux avantages :
(1) Fraction volumique de fibres plus élevée, faible porosité
(2) Santé et sécurité, environnement de travail propre et rangé car la résine est complètement scellée.
(3) Réduire le recours à la main-d'œuvre
(4) Les faces supérieure et inférieure des pièces structurelles sont des surfaces moulées, ce qui facilite le traitement de surface ultérieur.
4. Principaux inconvénients :
(1) Les moules utilisés ensemble sont coûteux, lourds et relativement volumineux afin de résister à une pression plus élevée.
(2) limité à la fabrication de petites pièces
(3) Des zones non mouillées peuvent facilement se former, entraînant une grande quantité de déchets.
5. Applications typiques : petites pièces complexes pour navettes spatiales et automobiles, sièges de train.
Date de publication : 8 août 2024
