Soutenance mémoire
Depuis très longtemps les fibres existent tel que les cotons qui auront pu être connu par des égyptiens. Autrefois à la vue de chaque individu (habillement et décoration intérieur), elles se dissimulent aujourd’hui dans les murs pour les isoler, les matériaux pour les renforcer, les câbles pour les transmettre la lumière ou des données. Elles sont omniprésentes dans notre environnement.
Les matériaux à bases de fibres, dont certains sont très anciens, sont utilisés dans des activités de plus en plus nombreuses et diversifiées. Certaines fibres présentent des dangers importants pour la santé des personnes et notamment de celle qui les mettent en œuvre.
LES MATERIAUX COMPOSITES
En générale on peut regrouper les matériaux en cinq grandes familles :
❖ Les matériaux minéraux ;
❖ Les métaux et alliages ;
❖ Les polymères ;
❖ Les matériaux naturels ;
❖ Les matériaux composites.
Un matériau composite peut être défini comme un mélange de plusieurs matériaux de même nature ou d’origines différentes dont les propriétés sont supérieures à celles des matériaux initiaux. C’est un matériau formé par des arrangements de fibres, les renforts, qui sont noyés dans une matrice ayant une propriété mécanique plus faible. Il y a aussi d’autres produits qui participent dans la fabrication d’un mélange de composite comme les charges et les additifs. D’une façon générale, un matériau composite est constitué par :
❖ Matrice
❖ Renfort
❖ Charges
❖ Additifs
Selon la nature de la matrice, on distingue 4 groupes de composites :
❖ Les composites à matrice organique (CMO) ;
❖ Les composites à matrice céramique (CMC) :
❖ Les composites à matrice métallique (CMM) ;
❖ Les composites hybrides.
La Matrice
Pour un matériau composite, la matrice est principalement une résine qui peut être de deux natures possibles et cela suivant son origine : naturelle et synthétique. Elle a pour principaux rôles de lier les fibres entre elles en préservant leur orientation dans le matériau composite, d’assurer le transfert des sollicitations vers les fibres, de protéger les renforts contre les agressions mécaniques et le milieu extérieur au composite.
Les différents types de matrice
On distingue deux types de matrices selon leurs origines :
❖ Naturelles
❖ Artificielles ou synthétiques
Résine d’origine naturelle
Dans cette catégorie, on distingue :
❖ Les résines : ils désignent des composés insolubles à l’eau, mais solubles dans les hydrocarbures, des alcools ou des huiles ;
❖ Les oléorésines : ce sont des mélanges variés d’essences et de résines, de consistance molle ou semi-liquide, partiellement volatils et entraînables par la vapeur d’eau ;
❖ Les gommes-résines.
Résines d’origine synthétique
Elles constituent les matrices organiques et dominent le domaine des polymères. Elles sont formées par les résines thermoplastiques, les résines thermodurcissables et les résines élastomères.
Copolymérisation de la résine polyester
La résine polyester est rarement utilisée, mais exige l’ajout de certaines substances chimiques. On parle alors de copolymérisation.
◆ La catalyse classique : les ingrédients catalytiques sont employés à faible proportion ; généralement, ce sont les peroxydes qui sont les plus utilisés ;
◆ Les résines pré-accélérées et promotorisées : ce sont les fabricants qui conditionnent la résine sous forme préaccélérée ou promotorisée pour éviter d’éventuelles erreurs de l’opérateur. La polymérisation se fait à température ambiante et ne nécessite aucune recuisson du fait de sa forte exothermie ;
◆ Durcissement maximum : dans de nombreux cas, pour limiter le taux de styrène libre qui pourrait influencer grandement les propriétés du produit final, on a fréquemment besoin de recourir à une recuisson supplémentaire.
Les différentes familles de polyester
On peut citer quatre sortes de résine polyester :
▶ Orthophtaliques : à un prix plus bas, ils se prêtent moins bien aux intempéries ;
▶ Isophtaliques : le prix est plus élevé que les orthophtaliques, mais ils ont une bonne tenue aux intempéries notamment à l’humidité ainsi qu’à divers réactifs ;
▶ Chlorés : responsable de l’autoextinguibilité ;
▶ Bisphénols : bonnes caractéristiques chimiques et thermiques.
GENERALITES SUR LES FIBRES DE VERRE
a. Verres E :
Ce sont des borosilicates d’alumine à très faible teneur en oxydes de métaux alcalins (moins de 1 % en Na2O + K2O). Développés initialement pour leurs bonnes propriétés électriques d’isolation, ils ont vu leur production et leur emploi ensuite généralisés en raison de leur relative facilité de fibrage, de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur coût modéré. Ils constituent le renfort par excellence de tous les matériaux composites à matrices organiques.
À ce jour, ils représentent plus de 96% du marché mondial des fibres de verre de renforcement, estimé en 1994 à environ 1 350 kT/an. Les autres types de verre n’en restent pas moins très importants par les propriétés spécifiques qu’ils apportent et les développements techniques qu’ils commencent à permettre.
b. Verres D :
Ces verres sont composés essentiellement de silice et de borates alcalins, dotés de très bonnes propriétés diélectriques. Développés pour les applications électroniques à très hautes performances, par exemple les radômes pour avions militaires, leur usage tend à s’étendre à d’autres applications telles que les circuits imprimés de hautes performances.
c. Verres A :
Leur taux élevé d’oxydes de métaux alcalins conduit à une température de fusion plus faible. Il en résulte aussi de mauvaises propriétés diélectriques dues à leur sensibilité à l’eau. Ces verres ne sont plus utilisés aujourd’hui que pour certaines qualités de voile de surface.
d. Verres C :
Ce sont des borosilicates de calcium et d’alumine à teneur moyenne en oxydes de métaux alcalins (10 % en Na2O). Leur forte teneur en silice (jusqu’à 65 %) leur confère une meilleure tenue que les verres E dans les ambiances chimiques et particulièrement dans les milieux acides. Sous forme de voiles, ils sont utilisés comme couche superficielle de renfort dans la barrière anticorrosion des pièces de génie chimique en composite ; sous forme de tissus, ils entrent dans la réalisation de bacs pour accumulateurs.
e. Verres R et S :
Ce sont des verres à hautes teneurs en silice et en alumine, pour lesquels il n’y a aucun apport d’oxyde de bore ou de métaux alcalins. L’absence de ces composants entraîne des conditions d’élaboration et de fibrage plus difficiles ainsi que des coûts plus élevés. Ils se distinguent des verres E par de meilleures propriétés mécaniques dont :
▶ leur résistance en traction et leur module d’élasticité sont respectivement 30 % et 20 % plus élevés.
▶ Leur masse volumique est légèrement inférieure.
▶ Ils possèdent également une meilleure tenue en température que les verres E, ainsi qu’une meilleure résistance chimique (en milieu acide).
Initialement utilisés dans les industries aérospatiales, ils y sont largement concurrencés par les fibres de carbone et d’aramides. Ils y conservent cependant une place, ainsi que dans l’armement, et se développent dans des applications industrielles performantes (bouteilles de gaz comprimés, porteurs pour câbles optiques, pales de rotor pour hélicoptères, blindages pour véhicules militaires, etc.) ou en remplacement de l’amiante dans les organes antifriction.
f. Verres AR :
Leur particularité est une teneur élevée en oxyde de zirconium (16 à 20 %). Ils sont dits alcalis-résistants. Ces verres ont été mis au point pour le renforcement du ciment (les verres précédemment cités étant tous plus ou moins attaqués en milieux basiques). Les verres AR commencent à connaître pour cette application un développement industriel notable.
g. Verre E-CR :
Comme le verre E, il s’agit d’un verre à base de silicate de calcium et d’alumine, à très faible teneur en oxydes de métaux alcalins (Na2O + K2O) ; la différence essentielle réside dans l’absence d’oxyde de bore. Il en résulte des propriétés mécaniques identiques à celles des verres E et des propriétés électriques tout à fait comparables. Par contre, sa résistance aux acides s’en trouve fortement améliorée, ce qui en fait un verre particulièrement adapté aux applications de stratifiés composites nécessitant une bonne résistance à la corrosion sous contrainte dans un environnement acide.
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Table des matières
INTRODUCTION
Partie I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
Chapitre I : LES MATERIAUX COMPOSITES
Chapitre II : GENERALITES SUR LES FIBRES DE VERRE
Chapitre III : RESINES ET CATALYSEURS
Chapitre IV : LE GELCOAT
Partie II : ETUDES EXPERIMENTALES
Chapitre VI : LES DIFFERENTS ESSAIS REALISES AU LABORATOIRE
Partie III : ETUDES TECHNIQUES
Chapitre V : LA STRATIFICATION
Chapitre VII : FABRICATION D’UNE COQUE DE PISCINE EN POLYESTER
Chapitre VIII : EVALUATION DU COUT DE FABRICATION
Chapitre IX : ACCESSOIRES ET ENTRETIEN DE LA PISCINE
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
TABLE DES MATIERES
