RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE SPÉCIALITÉ.

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1 RÉPUBLIQUE ALGÉRIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE SPÉCIALITÉ : DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE SPÉCIALITÉ : GÉNIE DES MATÉRIAUX Exposé sur Elaboration des matériaux composites par méthode moulage sous vide  Réalisé par :  DJEKRIF NORDDINE  Bouzbra djallal  Bouhada hicheme  Zardiya nasre

2 Plan INTON INTRODUCTION DéfinitionDéfinition Composition d’un matériau composite Les Composants du matériau composite Grandes classes matériaux composites Quelques procédés de fabrication de structures composites

3 INTRODUCTION DANS LA NATURE IL EXISTE UNE MULTITUDE DE MATÉRIAUX QUI SE DISTINGUENT PAR LEURS PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES ET QUI ONT INSPIRÉ LES SCIENTIFIQUES DANS LES ANNÉES QUARANTE À CHERCHER DE NOUVEAUX MATÉRIAUX RÉVOLUTIONNAIRES APPELÉS MATÉRIAUX COMPOSITES (OU COMPOSITES À FIBRES).

4 DES DÉFINITION DES DÉFINITION MATÉRIAUX COMPOSITE: LES MATÉRIAUX COMPOSITES SONT DES MATÉRIAUX QUI ASSOCIENT DEUX OU PLUSIEURS MATÉRIAUX (MÉTALLIQUES, MINÉRAUX ET ORGANIQUES), POUR OBTENIR UNE COMBINAISON DE PROPRIÉTÉS À PARTIR DES CES MATÉRIAUX. RENFORT : PHASE DISCONTINUE ET SOUVENT FILAMENTAIRE À TRÈS HAUTES CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES, QUI ASSURE LE PRINCIPAL DES CONTRAINTES MÉCANIQUES, DU COMPOSITE (RÉSISTANCE ET RIGIDITÉ, TENUE AUX CHOCS). MATRICE : PHASE CONTINUE QUI ASSURE LA COHÉSION, TRANSFÈRE ET RÉPARTIT LES CONTRAINTES, PROTÈGE DES AGRESSIONS EXTÉRIEURES LES RENFORTS ET COMMANDE LA MISE EN ŒUVRE. CHARGES ET ADDITIFS : PEUVENT ÊTRE INCORPORÉS POUR AMÉLIORER LA RÉSISTANCE AU FEU, DIMINUER LE RETRAIT, MODIFIER LA COULEUR

5 . Composites à fibres courtes : fibres dispersées dans une matrice isotrope, généralement sans orientation préférentielle; comportement macroscopique isotrope. Composites à fibres longues : fibres longues noyées dans une matrice isotrope avec orientation établie; comportement macroscopique anisotrope. Stratifiés : superposition de plis en composite diversement orientés; le comportement macroscopique doit être conçu selon les besoins. Sandwiches : panneaux ou coques conçus pour des sollicitation de flexion; généralement, le comportement dans le plan est isotrope

6 composition matrice : - enrobe et lie les fibres - Transmet les effort aux fibres - Les sépare et les protège - Obtention de formes diverses renforts : - apportent solidité - crées propriétés mécaniques - sous forme de fibres (de verre, de bore,…) charges et additifs : - réduire coût - modifier couleur - améliore résistance - modifie densité - etc…

7 Différents types des fibres les fibres à hautes performances fibres de verre, de carbone, d’aramide, ou de bore qui ont une fonction mécanique prépondérante quelques fibres synthétiques qui ont d’excellentes propriétés thermiques les fibres à utilisation particulière des fibres d’origine naturelle (bois, coton, papier...) des fibres synthétique (polyamide, polyester...) ou métallique Les plus utilisés sont : les Mat de verre (fibre non tissée) les Roving (Fil de verre tissage taffetas) qui répondent à la majorités des besoins dans la construction industrielle et nautique.

8 Fibre de verre mat de verre laine de verre Tissu hybride carbone/aramide Fibre d'aramide Les fibres de carbones

9 Les types de matrice a : -CMO (composites à matrices organiques), Les deux types de résines qui sont, actuellement, utilisées: - des résines thermodurcissables ; polymères thermodurcissables. (ex. les résines époxy) - des résines thermoplastiques ; polymères thermoplastiques (ex. les polycarbonates) -CMC (composites à matrices céramiques), la matrice peut être constituée de carbone ou de carbure de silicium. Ces matrices sont déposées soit par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) par densification d'une préforme fibreuse, soit à partir de résines cokéfiables comme les résines phénoliques (dans le cas des matrices de carbone). -CMM (composites à matrice métallique) le matériau composite est constitué : - d’une matrice métallique (par ex. aluminium, magnésium, zinc, nickel,…) - d’un renfort métallique ou céramique (par ex : fils d’acier, particules de SiC, carbone, alumine, poudre de diamant…)

10 La résine La transformation d'un liquide visqueux (résine) en une magnifique pièce ou un moule est à une réaction chimique. Cette réaction est obtenue en mélangeant deux produits, et là deux cas de figure possibles: 1°) le mélange "durcit" grâce à l'adjonction d'un "catalyseur". Dans ce cas le catalyseur lance la réaction chimique et va se détruire durant cette réaction. La quantité nécessaire est faible et présente une certaine tolérance. Mais il est facile de comprendre que si l'on en met une quantité trop importante le produit servant de catalyseur ne se détruira pas totalement durant la polymérisation. Des "reste" seront donc présent dans le résine durcie, affaiblissant ses caractéristiques physico-chimiques, dynamiques et thermiques. 2°) le mélange nécessite l'adjonction à la résine d'un "durcisseur". On se trouve dans des cas de figure ou le durcisseur représente 30% à 50% du produit fini ! Cela parce que il n' y a pas de destruction lors de la réaction, bien au contraire car une partie du produit fini se trouve dans le durcisseur. Ce qui signifie que si n réduit la quantité prescrite n aura une résine "incomplète", sous polymérisée.

11 Grandes classes matériaux composites On distingue, généralement, deux grandes familles 1.Les composites de grande diffusion (GD), est l’association renfort fibre de verre (les métaux) résine polyester. Ces composites apportent des propriétés mécaniques intéressantes et ils sont peu coûteux, occupent une large part de marché. 2. Les composites hautes performances (HP), dont les caractéristiques mécaniques spécifiques sont supérieures à celles utilisent dans la composites (GD), généralement on utilise comme renforts les fibres de carbone ou d’aramide (kevlar) avec des résines époxydes. Les coûts de ces matériaux sont élevés.

12 Types de composite (selon la composition) En général, le domaine des composites est très vaste et ceux-ci peuvent êtres divisés en quatre types, soit : Les composites de fibres Les matériaux composites laminés Les composites de particules Une combinaison des trois premiers

13 Quelques procédés de fabrication de structures composites 1. Moulage au contact 2. Moulage par projection 3. Moulage sous vide ou «au sac» 4. Enroulement filamentaire 5. RTM (Resin Transfer Moulding) 6. L’infusion 7. Compression à chaud 8. Enroulement par drappage

14 . Introduction : L’objectif de ce partie n’est pas de faire une étude approfondie de la technologie de mise en œuvre des matériaux composites. Il se propose simplement de dégager les principes de différents processus de mise en œuvre, et de constituer une introduction à l’étude du comportement mécanique des matériaux composites. Trois opérations sont indispensables : 1. Imprégnation du renfort par le système résineux. 2. Mise en forme à la géométrie de la pièce. 3. Durcissement du système  Soit par polycondensation et réticulation pour les matrices thermodurcissables,  Soit par simple refroidissement pour les matières thermoplastiques.

15 Limitation de taille des pièces par la taille des moules

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17 Moulage sous vide

18 Moulage sous vide : Le moulage sous vide consiste à utiliser simultanément le vide et la pression atmosphérique. Après enduction de gel-cout, on dispose le renfort sur un moule rigide, puis on coule la matrice. Le contre-moule, recouvert d’une membrane assurant l’étanchéité (feuille de caoutchouc, nylon, etc.), est ensuite emboîté. Une pompe à vide crée une dépression à travers le moule et le contre-moule poreux, qui étale et dé bulle la résine. Le contre-moule peut éventuellement être limité à la seule membrane d’étanchéité. Ce procédé de moulage convient pour la fabrication de pièces en petites et moyennes séries. Il permet d’obtenir de bonnes qualités mécaniques, grâce à une proportion de résine uniforme et à une diminution des inclusions d’air. Dans le cas de l’utilisation d’un contre-moule rigide, un bel aspect de surface est obtenu sur les deux faces. Les cadences de production sont toutefois assez lentes.

19 . Principe : Le moulage sous vide s'effectue entre moule et contre-moule rigide, semi-rigide ou souple suivant la technologie de mis en œuvre. Le renfort (mat, tissu, préforme) est placé à l'intérieur du moule ; la résine catalysée est versée sur le renfort. On utilise la pression qui s'exerce sur le moule lors de la mise sous vide pour répartir la résine et imprégner le renfort. La résine peut également être injectée par l'aspiration consécutive au vide.

20 Cas d'utilisation : Production en petites séries de pièces nécessitant deux faces lisses Amélioration des conditions de travail et d'hygiène (réduction des émanations de styrène) Caractéristiques principales

21 . Matières premières : Renforts : mats fils coupés ou fils continus, préformes, tissus Résines : polyester, vin lester, phénolique, époxy Divers : catalyseur, accélérateur, pigments, charges, agent de démoulage, solvant. Matériel : Moules et contre-moules en composites ou pellicules souples Pompes à vide avec réservoir tampon II.2.6. Energies : Electricité, air comprimé souhaitable (démoulage) II.2.7. Domaines d'application : Bâtiment : coupoles d'éclairage zénithal Transports : panneaux sandwiches pour camion isothermes, conteneurs Pièces diverses : casques de protection enveloppants, capotages…

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23 Conclusion : L’objectif des producteurs des matériaux composites est de concurrencer et de surpasser les métaux qui, de leur côté, ne cessent d’optimiser leurs propres caractéristiques. La diversité des matériaux composites et leur souplesse, qui permet de fabriquer ou de composer des caractéristiques à la carte, rendent cet objectif légitime. Pour atteindre ces objectifs, ce secteur doit se développer par l’innovation.

24 D,, NORDDINE