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Les matériaux composites

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Les matériaux appelés « composites » sont des matériaux constitués de l’assemblage de matériaux de base qui se différencient par leurs propriétés. On obtient grâce à cet alliage des matériaux aux propriétés mécaniques et physiques aux hautes performances.

Parmi les matériaux composites, on peut distinguer deux classes : les matériaux agglomérés, constitués de fibre de carbone, de fibre de verre ou de fibre de bore, ils sont liés par une « matrice » de résine organique ou d’alliage métallique.

Et les matériaux sandwichs, légers et très résistants, sont utilisés sans avoir besoin de raidisseurs.

Les matériaux agglomérés sont utilisés pour faire des revêtements de voilure (ou de pales d’hélicoptère), pour renforcer des bords d’attaques (rebords de certaines parties de l’avion, comme les ailes, qui ont un frottement avec l’air plus important) ou encore pour faire des trappes de visite.

Les matériaux sandwichs sont eux utilisés dans la fabrication de gouvernes, pales d’hélicoptère et de spoilers.

Cependant, les matériaux utilisés pour former les matériaux agglomérés sont eux aussi des matériaux composites.

La fibre de verre est un matériau qui sert à la fabrication composé de silice, de chaux, d'alumine et de magnésie, auxquelles on ajoute un oxyde de bore, cependant, à la différence du verre ordinaire, on y exclut tout oxyde alcalin.

Exemples de compositions verrières

Après avoir réalisé cette composition, on la met à chauffer à 800°C. C’est à 1500°C que les dernières impuretés disparaissent.

Le verre en fusion se transforme en filaments en étant étiré à très grande vitesse, dès sa sortie du four, la filature des filaments s'apparente en fait à la filature textile classique pour produire un fil. Aussitôt constitué, ce fil s'enroule très rapidement autour d'une broche. C'est l'opération de bobinage.

À la sortie de la filière, les filaments reçoivent un revêtement de surface protecteur, l'ensimage, qui a pour but d'agglomérer entre eux les filaments d'un même fil, de les revêtir d'une pellicule lubrifiante et de faciliter l’intégration dans les autres polymères, lors de la fabrication des matériaux composites.

La fibre de carbone est un autre matériau qui est utilisé pour fabriquer des matériaux  composites.

La fibre de carbone est une forme de graphite composée de feuilles formées de plans d’atomes de carbone liés en cycles hexagonaux.

Ces feuilles peuvent êtres vues comme des rubans de graphite. Lorsque des paquets de ces rubans s'assemblent, ils forment des fibres, d'où le nom "fibres de carbone".

Une fibre de carbone est préparée à partir de fibres de polymères organiques.

On dissout ce polymère par un solvant, on obtient ainsi des polyacrylonitriles :

Avant de l’oxyder entre 200° et 300°C. Le matériau ainsi obtenu acquiert de nouvelles propriétés, et devient, entre autres, infusible.

On opère ensuite le nouveau matériau à très haute température, entre 1200°C et 1500°C, sous atmosphère inerte. C’est à cette étape-là que la fibre va acquérir sa résistance. Cependant, si, lors de la carbonisation, la température dépasse 2500°C, la fibre de carbone se transformera en graphite.

La fibre de carbone est ensuite obtenue par une pyrolyse.

Les fibres sont toujours faites de polymères cristallins. Les chaînes doivent en effet êtres capables de s'arranger de façon régulière afin de s'aligner sous forme de fibres pour assurer la formation de liaisons hydrogène entre deux chaînes de polymères qui leur permettent de se fixer les unes aux autres. C'est ce qui se passe, par exemple, dans le Kevlar :

La fibre de carbone, bien que très fine, est un matériau très léger et très résistant. Cependant, malgré cette  solidité, la fibre de carbone peut se comprimer ou s’étirer.

Cependant, ces fibres ne sont pas utilisées telles quelles. On les utilise pour renforcer des matériaux comme les résines époxy ou d'autres polymères thermodurcissables pour obtenir des matériaux appelés matériaux composites.

Les matériaux composites obtenus par l’alliage de ces fibres et d’autres polymères sont plus résistants que l’acier mais plus légers, ce qui explique leur utilisation dans la fabrication de certaines parties d’avion.