Composite polymère

Définition

Les composites polymères sont des matériaux polymères avec un renfort, dans lesquels le polymère agit comme une résine matricielle qui pénètre dans les faisceaux de renfort et se lie au renfort. Les matériaux composites polymères sont principalement utilisés dans les applications automobiles et aérospatiales.

Un composite polymère est un matériau multi-phase dans lequel des charges de renforcement sont intégrées à une matrice polymère, ce qui donne des propriétés mécaniques synergiques qui ne peuvent être obtenues à partir de l'un ou l'autre des composants seuls.

Structure d'un composite polymère :

Les composites polymères à couches minces utilisant des fibres étalées présentent une densité réduite.

Explications

Les polymères sont des matériaux bien connus dans les applications avancées depuis de nombreuses années. Ce sont des matériaux polyvalents et faciles à mouler dans n'importe quelle application requise. Cependant, il y a quelques aspects dans le domaine des polymères à bien considérer, un seul polymère ne peut pas répondre aux exigences des applications anticipées. Par conséquent, les composites polymères ont attiré l'attention du monde.

Les composites polymères sont une industrie en pleine croissance. Les composites polymères n'ont pas épuisé leur innovation : de nombreux nouveaux procédés réinventent cette classe de matériaux et font progresser plus que les propriétés mécaniques.

Un composite se compose d'au moins deux parties, l'une est le renfort et la seconde est la matrice. Le composite peut contenir des métaux, des céramiques et d'autres polymères comme matrice et comme renfort.

Détails utiles

Le plus courant des matériaux composites avec polymères est la résine polymère polyester. Ces polymères sont généralement combinés avec des fibres de verre et présentent des caractéristiques particulières, notamment des durées de cycle inférieures à 2 min, des températures d'utilisation en service de 60 à 70 °C et l'utilisation de fibres de verre et de résines à moindre coût, entre autres. Des polymères thermodurcissables ou thermoplastiques sont les plus fréquents.

Dans les composites polymères, les résines thermodurcissables et thermoplastiques ont été largement utilisées comme matrice. Les thermodurcissables sont de faible viscosité, tandis que les thermoplastiques ont la possibilité d'être recyclés et réutilisés. Essentiellement, tous les polymères commercialement importants ont des applications avancées.

✅ L'application de fibres de bore pur pour le renforcement des composites polymères en est à un stade beaucoup plus précoce. Cette fibre peut potentiellement remplacer la fibre de carbone de la même manière que la fibre de carbone a remplacé l'aluminium à très long terme. Les fibres sont synthétisées par une voie de dépôt chimique en phase vapeur par laser.

Frottement et usure des composites polymères

Les composites polymères se sont avérés avoir d'excellentes performances de frottement et d'usure après avoir été modifiés avec des charges et des renforts fonctionnels. Cet avantage les rend flexibles dans de nombreuses applications industrielles.

Les propriétés de frottement et d'usure des composites polymères incluent des processus tels que la modification tribologique des matériaux polymères, les mécanismes d'usure des composites polymères renforcés de fibres et les propriétés de frottement et d'usure des nanocomposites polymères. Étroitement liés les uns aux autres, différents problèmes de frottement et d'usure des composites polymères sont concentrés dans chaque pièce.

Composites polymères intelligents auto-cicatrisants et auto-détecteurs

Les composites polymères sont une combinaison de polymères (thermodurcissables ou thermoplastiques) avec divers renforts/charges continus et non continus, principalement ajoutés aux polymères pour améliorer les performances du matériau. Les composites polymères sont de plus en plus utilisés dans divers domaines de l'ingénierie. Cependant, leurs performances à long terme et leur durabilité, ainsi que leur fiabilité, sont au centre des préoccupations, en particulier dans les applications structurelles.

Les composites polymères intelligents font référence aux matériaux dotés de fonctions supplémentaires sous forme d'actionnement, de détection et de guérison. Le développement de l'intelligence de la matière s'inspire souvent de l'intelligence de la nature. La fonction intelligente de détection est l'une des fonctions les plus élémentaires d'une structure intelligente avec la capacité de détecter les dommages à un stade précoce (par l'initiation des dommages). La détection opportune des dommages conduit à des procédures de réparation et d'entretien appropriées pour améliorer l'intégrité structurelle et éviter les défaillances inattendues. D'autre part, l'auto-réparation repose sur une approche réactive pour réparer les dommages matériels créés au cours de leur durée de vie. Ainsi, ces fonctionnalités intelligentes résident dans une fiabilité accrue, une durabilité prolongée et donc une durée de vie, ainsi qu'un coût réduit.

Les composites polymères structuraux, essentiellement constitués de fibres continues, compte tenu de leur résistance élevée, de leur module élevé et de leur faible densité, sont dominants parmi les composites structuraux légers. Aujourd'hui, les composites polymères renforcés de fibres (PRF) et leurs techniques de fabrication à grande échelle présentent un intérêt particulier. Deux groupes principaux de FRP sont les composites polymères renforcés de fibres de verre (GFRP) et les composites polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP). Le volume de FRP fabriqués augmente rapidement, comme en témoigne la croissance prévue de la demande de CFRP dans l'industrie automobile de près de 300 % d'ici 2022. applications d'ingénierie de performance telles que l'aérospatiale, l'automobile (voitures électriques légères) et les structures civiles.

Les composites polymères fonctionnels, constitués de nanomatériaux discontinus, peuvent être potentiellement utilisés comme capteurs sensibles et innovants dans divers domaines tels que la détection de contrainte (capteurs portables et cutanés). En effet, les nanomatériaux fonctionnent comme des éléments de détection fonctionnels en raison de leurs caractéristiques distinctes (mécaniques, électriques et optiques).

Bien que les thermoplastiques puissent être utilisés dans les structures porteuses, les choix dominants pour de telles applications, en particulier dans les structures en FRP, sont les polymères thermodurcissables (résines).

Les composites polymères à base thermodurcissable possèdent également une meilleure stabilité thermique et dimensionnelle par rapport aux composites polymères à base thermoplastique, bien qu'ils soient généralement fragiles et vulnérables à certaines charges et impacts externes. Les polymères thermodurcissables largement utilisés dans les structures composites polymères comprennent l'époxy, le polyester insaturé, l'ester vinylique, etc. Ces polymères sont initialement mélangés avec des agents de durcissement appropriés avant les procédés de fabrication pour initier les réactions de réticulation (durcissement).

Plusieurs techniques de fabrication telles que le moulage par transfert de résine (RTM), le moulage par infusion de résine assistée sous vide (VARIM), la pultrusion, l'enroulement filamentaire, le préimprégné et les processus de stratification manuelle sont utilisées pour fabriquer des composites polymères à base de thermodurcissables.

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