Il existe un large choix de matières premières pour les composites, notamment les résines, les fibres et les matériaux d'âme. Chaque matériau possède ses propres propriétés de résistance, de rigidité, de ténacité et de stabilité thermique, avec des coûts et des rendements variables. Cependant, la performance finale d'un matériau composite dans son ensemble ne dépend pas uniquement de la matrice de résine et des fibres (ainsi que du matériau d'âme dans une structure sandwich), mais aussi étroitement liée à la méthode de conception et au procédé de fabrication des matériaux qui le composent. Dans cet article, nous présenterons les méthodes de fabrication couramment utilisées pour les composites, les principaux facteurs d'influence de chaque méthode et le choix des matières premières pour les différents procédés.
Moulage par pulvérisation
1, description de la méthode : le matériau de renforcement en fibres raccourcies et le système de résine sont pulvérisés simultanément dans le moule, puis durcis sous pression atmosphérique en produits composites thermodurcissables d'un processus de moulage.
2. Sélection des matériaux :
Résine : principalement polyester
Fibre : fil de fibre de verre grossier
Matériau du noyau : aucun, doit être combiné avec du contreplaqué seul
3. Principaux avantages :
1) Une longue histoire d'artisanat
2) Pose rapide et à faible coût de la fibre et de la résine
3) Faible coût de moulage
4, les principaux inconvénients :
1) Le contreplaqué est facile à former une zone riche en résine, un poids élevé
2) Seules des fibres courtes peuvent être utilisées, ce qui limite sérieusement les propriétés mécaniques du contreplaqué.
3) Afin de faciliter la pulvérisation, la viscosité de la résine doit être suffisamment faible, perdant ainsi les 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) La concentration de styrène volatil dans l’air est difficile à respecter par rapport aux exigences légales.
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 superposition manuelle
1. Description de la méthode : la résine est infiltrée manuellement dans les fibres. Ces dernières peuvent être tissées, tressées, cousues, collées ou renforcées par d'autres méthodes. Le moulage par superposition manuelle est généralement réalisé au rouleau ou au pinceau, puis la résine est pressée à l'aide d'un rouleau à colle pour la faire pénétrer dans les fibres. Le contreplaqué est ensuite soumis à une pression normale pour durcir.
2. Sélection des matériaux :
Résine : aucune exigence, des résines époxy, polyester, ester à base de polyéthylène et phénoliques sont disponibles
Fibre : aucune exigence, mais le poids de base de la fibre aramide plus grande est difficile à infiltrer dans la fibre posée à la main
Matériau du noyau : aucune exigence
3, les principaux avantages :
1) Longue histoire de la technologie
2) Facile à apprendre
3) faible coût de moulage si vous utilisez une résine durcissant à température ambiante
4) Large choix de matériaux et de fournisseurs
5) Teneur élevée en fibres, fibres plus longues utilisées que le procédé de pulvérisation
4, Principaux inconvénients :
1) Le mélange de résine, la teneur en résine du stratifié et la qualité sont étroitement liés à la compétence de l'opérateur. Il est difficile d'obtenir une faible teneur en résine et une faible porosité du stratifié.
2) Risques pour la santé et la sécurité liés à la résine : plus le poids moléculaire de la résine de pose manuelle est faible, plus la menace potentielle pour la santé est grande, plus la viscosité est faible, ce qui signifie que la résine est plus susceptible de pénétrer les vêtements de travail des employés et d'entrer ainsi en contact direct avec la peau.
3) Si une bonne ventilation n'est pas installée, la concentration de styrène évaporé des esters à base de polyester et de polyéthylène dans l'air est difficile à respecter les exigences légales
4) La viscosité de la résine en pâte à main doit être très faible, la teneur en styrène ou autres solvants doit donc être élevée, ce qui entraîne la perte des propriétés mécaniques/thermiques du matériau composite.
5) Applications typiques : pales d'éoliennes standard, bateaux produits en série, modèles architecturaux.
Procédé de mise sous vide
1. Description de la méthode : Le processus d'ensachage sous vide est une extension du processus de pose manuelle ci-dessus, c'est-à-dire que le scellement d'une couche de film plastique sur le moule sera une pose manuelle sous vide du contreplaqué, en appliquant une pression atmosphérique au contreplaqué pour obtenir l'effet d'épuisement et de serrage, afin d'améliorer la qualité du matériau composite.
2. sélection des matériaux :
Résine : principalement des résines époxy et phénoliques, les esters à base de polyester et de polyéthylène ne sont pas applicables, car ils contiennent du styrène, volatilisation dans la pompe à vide
Fibre : aucune exigence, même si le poids de base des fibres plus grosses peut être infiltré sous pression
Matériau du noyau : aucune exigence
3. Principaux avantages :
1) Une teneur en fibres plus élevée que celle du procédé de pose manuelle standard peut être obtenue.
2) Le taux de vide est inférieur à celui du processus de pose 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 sous vide
4) Santé et sécurité : le processus d'ensachage sous vide peut réduire la libération de substances volatiles pendant le processus de séchage
4, Principaux inconvénients :
1) Le processus supplémentaire augmente le coût de la main-d'œuvre et du matériau du sac sous vide jetable
2) Exigences de compétences plus élevées pour les opérateurs
3) Le mélange de résine et le contrôle de la teneur en résine dépendent en grande partie de la compétence de l'opérateur
4) Bien que les sacs sous vide réduisent la libération de substances volatiles, le risque pour la santé de l'opérateur reste plus élevé que celui du procédé d'infusion ou de préimprégné
5, Applications typiques : yachts de grande taille, édition limitée unique, pièces de voitures de course, processus de construction navale du collage du matériau de base.
Moulage par enroulement
1. Description du procédé : Le procédé d'enroulement est principalement utilisé pour la fabrication de 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 processus est contrôlé par la machine d'enroulement et la vitesse du mandrin.
2. Sélection des matériaux :
Résine : aucune exigence, telle que l'époxy, le polyester, l'ester à base de polyéthylène et la résine phénolique, etc.
Fibre : aucune exigence, utilisation directe des faisceaux de fibres du cadre de bobine, pas besoin de tisser ou de coudre le tissu de fibre
Matériau du noyau : aucune exigence, mais la peau est généralement un matériau composite monocouche
3. les principaux avantages :
(1) une vitesse de production rapide, c'est un moyen économique et raisonnable de superposition
(2) La teneur en résine peut être contrôlée en mesurant la quantité de résine transportée par les faisceaux de fibres traversant la rainure de résine.
(3) Coût de fibre minimisé, aucun processus de tissage intermédiaire
(4) excellentes performances structurelles, car les faisceaux de fibres linéaires peuvent être posés le long des différentes directions de charge
4. Principaux inconvénients :
(1) Le procédé est limité aux structures creuses rondes.
(2) Les fibres ne sont pas disposées facilement et avec précision le long de la direction axiale du composant
(3) Coût plus élevé du moulage positif au mandrin pour les grandes pièces structurelles
(4) La surface extérieure de la structure n'est pas une surface de moule, donc l'esthétique est pire
(5) L'utilisation de résine à faible viscosité nécessite de prêter attention aux propriétés mécaniques et aux performances en matière de santé et de sécurité
Applications typiques : réservoirs et conduites de stockage de produits chimiques, cylindres, réservoirs respiratoires des pompiers.
Moulage par pultrusion
1. Description de la méthode : À partir du porte-bobine, le faisceau de fibres imprégné de colle est étiré à travers la plaque chauffante. L'infiltration de résine est réalisée dans la plaque chauffante, la teneur en résine est contrôlée et le matériau durcit à la forme souhaitée. Le produit durci est ensuite découpé mécaniquement en différentes longueurs. Les fibres peuvent également pénétrer dans la plaque chauffante dans des directions autres que 0 °. L'extrusion-étirage est un procédé de production continu. La section transversale du produit a généralement une forme fixe, ce qui permet de légères variations. Le matériau pré-humidifié passe à travers la plaque chauffante, est fixé et étalé dans le moule, durcissant immédiatement. Bien que ce procédé soit moins continu, il permet de modifier la forme de la section transversale.
2. Sélection des matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, ester à base de polyéthylène et résine phénolique, etc.
Fibre : aucune exigence
Matériau du noyau : peu utilisé
3. Principaux avantages :
(1) vitesse de production rapide, c'est un moyen économique et raisonnable de pré-mouiller et de durcir les matériaux
(2) contrôle précis de la teneur en résine
(3) minimisation du coût des fibres, aucun processus de tissage intermédiaire
(4) excellentes propriétés structurelles, car les faisceaux de fibres sont disposés en lignes droites, la fraction volumique des fibres est élevée
(5) La zone d'infiltration des fibres peut être complètement scellée pour réduire la libération de substances volatiles
4. les principaux inconvénients :
(1) le processus 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 de la méthode : Les fibres sèches sont déposées dans le moule inférieur, qui peut être pré-pressurisé afin d'épouser au mieux la forme du moule et d'être liées par collage. Le moule supérieur est ensuite fixé sur le moule inférieur pour former une cavité, puis la résine est injectée dans cette cavité. L'injection et l'infiltration des fibres sous vide, appelée injection de résine sous vide (VARI), sont couramment utilisées. Une fois l'infiltration des fibres terminée, la vanne d'introduction de résine est fermée et le composite est polymérisé. L'injection et le polymérisation de la résine peuvent être réalisées à température ambiante ou à chaud.
2. Sélection des matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, polyvinylester et résine phénolique, la résine bismaléimide peut être utilisée à haute température.
Fibre : aucune exigence. La fibre cousue est plus adaptée à ce procédé, car l'espace entre les faisceaux de fibres favorise le transfert de résine ; des fibres spécialement développées favorisent l'écoulement de la résine.
Matériau du noyau : la mousse cellulaire ne convient pas, car les cellules en nid d'abeille seront remplies de résine et la pression provoquera également l'effondrement de la mousse.
3. les principaux avantages :
(1) Fraction volumique de fibres plus élevée, faible porosité
(2) Santé et sécurité, environnement de fonctionnement propre et ordonné car la résine est complètement scellée.
(3) Réduire l’utilisation de la main-d’œuvre
(4) Les côtés supérieur et inférieur 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 encombrants afin de résister à une pression plus importante.
(2) limité à la fabrication de petites pièces
(3) Des zones non mouillées peuvent facilement apparaître, ce qui entraîne un grand nombre de rebuts
5. Applications typiques : pièces de navette spatiale et d'automobile petites et complexes, sièges de train.
Date de publication : 08/08/2024
