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Qu’est-ce qu’un matériau composite? | Composites avancés

Le mot «composite» signifie «composé de deux ou plusieurs parties distinctes». Ainsi, un matériau ayant deux ou plusieurs matériaux ou phases constitutifs distincts peut être considéré comme un matériau composite. Cependant, nous reconnaissons les matériaux comme composites uniquement lorsque les phases constitutives ne se dissolvent pas les unes dans les autres et ont des propriétés physiques significativement différentes, et donc les propriétés composites sont sensiblement différentes des propriétés constituantes. Dans cet article, nous aborderons davantage les matériaux composites avec quelques exemples, ainsi que la classification des matériaux composites.

Matériaux composites

Habituellement, tous les métaux couramment disponibles contiennent presque toujours des impuretés indésirables ou des éléments d’alliage. De plus, les matières plastiques contiennent généralement de petites quantités de charges, lubrifiants, absorbeurs d’ultraviolets et autres matériaux pour des raisons commerciales telles que l’économie et la facilité de traitement, mais celles-ci ne sont généralement pas classées comme composites.

Un matériau est considéré comme le matériau composite lorsque

  1. La combinaison de matériaux devrait entraîner d’importants changements de propriété
  2. Le contenu des constituants est généralement supérieur à 10%
  3. En général, la propriété d’un constituant est beaucoup plus grande (≥ 5) que l’autre constituant

Un constituant est appelé phase de renforcement et celui dans lequel il est intégré est appelé matrice. Le matériau de la phase de renforcement peut être sous forme de fibres, de particules ou de flocons. Les matériaux en phase matricielle sont généralement continus.

Exemples de matériaux composites

Béton armé d’acier

Matériau composite

Contre-plaqué

Contreplaqué en matériau composite

Chair dans le corps humain renforcée avec des os

Corps humain en matériau composite

Epoxy renforcé de fibres de graphite

Tissus en matériau composite

Arbres en fibre de carbone

Shapes en fibres composites

Composite en fibre de verre

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Pare-brise automobile

Verre à vent en matériau composite

Histoire du matériau composite

  • La première résine synthétique (synthétique) a été développée entre 1870 et 1890.
  • L’ère moderne des composites a débuté en 1907 avec la création de la bakélite, l’une des premières résines synthétiques.
  • Les résines de polyester insaturé ont été brevetées en 1936.
  • À la fin des années 1930, d’autres systèmes de résine haute performance étaient devenus disponibles, y compris des résines époxy.
  • Owens-Illinois Glass Company a développé un procédé pour étirer le verre en fils fins ou en fibres et a commencé à les tisser dans un tissu textile.
  • En 1942, l’ingénieur Ray Greene de Toledo, Ohio (qui avait travaillé pour la Owens-Illinois Glass Company) a fabriqué un canot en fibre de verre et résine polyester.
  • Pendant et après la Seconde Guerre mondiale, utilisation énorme dans les applications militaires.
  • Tuyau en fibre de verre dans l’industrie pétrolière en 1948 pour la résistance à la corrosion.
  • Croissance rapide au cours des années 1950: bateaux, camions, voitures de sport, réservoirs de stockage, tuyaux, conduits et de nombreux autres produits ont été construits en utilisant des composites.
  • Méthodes de fabrication avancées des années 1950: Pultrusion, moulage sous vide et enroulement de filaments à grande échelle.
  • En 1953, la 1ère Chevrolet Corvette de production avec panneaux de carrosserie en fibre de verre sort de la chaîne de montage.
  • La fibre de carbone a été utilisée dans l’aérospatiale, l’automobile, la marine et les biens de consommation (1961).
  • Du kevlar et une fibre para-aramide ont été utilisés dans les gilets pare-balles résistants aux coups de couteau (1966).
  • Dans les années 1970, le marché automobile a dépassé la marine en tant que premier marché des composites.
  • À la fin des années 1970 et au début des années 1980, les composites ont été utilisés pour la première fois dans des applications d’infrastructure.
  • Utilisation importante dans l’industrie aérospatiale.

Composites avancés

Ces composites ont des renforts hautes performances de faible diamètre dans un matériau matriciel tel que l’époxy et l’aluminium. Les exemples sont les composites graphite / époxy, Kevlar / époxy et bore / aluminium, les nanocomposites. Ces matériaux ont également trouvé des applications dans les industries commerciales.

Applications avancées de matériaux composites

  • Application aérospatiale: avions et avions, hélicoptères, fusées
  • Applications automobiles: pièces de carrosserie, pare-chocs, hayon et coffre intérieur, etc. Véhicules de transport tels que les camions et les trains, pièces de carrosserie, bus lourds.
  • Architectures: toits faits de structures en fibre de carbone, les conceptions d’extension des entrées du musée Stedelijk d’Amsterdam en sont un exemple, les conceptions intérieures avec des plastiques renforcés de fibres.
  • Applications énergétiques: pales d’éoliennes, panneaux solaires.
  • Applications marines: remorqueurs, bateaux à eau, navires militaires, yacht en matériaux composites pour la légèreté et la résistance.
  • Infrastructures: Ponts élévateurs, traverses de grue.
  • Applications sportives telles que les cadres de vélo, les chauves-souris navettes, les casques, les gants, les battes de hockey.

Classification des matériaux composites

Classifications composites avancées

Avantages des composites

  • Force (la force spécifique est excellente)
  • Raideur
  • Dureté
  • Résistance à la corrosion
  • Résistance à l’usure
  • Poids réduit
  • Stabilité dimensionnelle
  • Vie de fatigue
  • Isolation thermique / électrique et conductivité
  • Isolation sonore
  • Propriétés personnalisables

Défis avec les composites

  • Le coût élevé des matières premières et de la fabrication
  • Les composites sont cassants et sont donc plus facilement endommageables.
  • Les propriétés transversales peuvent être faibles.
  • La matrice est faible, donc faible ténacité.
  • La réutilisation et l’élimination peuvent être difficiles.
  • La formabilité et l’adhésion sont difficiles
  • La réparation introduit de nouveaux problèmes

Conclusion

Nous avons discuté de ce qu’est un matériau composite et de son histoire, et donné quelques exemples de matériaux composites. Discuté des composites avancés a également énuméré les différentes applications, avantages et défis des matériaux composites avancés.

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