Qu'est-ce qu'un matériau composite ? - Définition et types

Qu'est-ce que les matériaux composites ?

Un matériau composite est une combinaison de deux matériaux aux propriétés physiques et chimiques différentes. Lorsqu'ils sont combinés, ils créent un matériau spécialisé pour faire un certain travail, par exemple, pour devenir plus fort, plus léger ou résistant à l'électricité. Ils peuvent également améliorer la résistance et la rigidité.

La raison de leur utilisation par rapport aux matériaux traditionnels est qu'ils améliorent les propriétés de leurs matériaux de base et sont applicables dans de nombreuses situations.

Ces matériaux constitutifs ont des propriétés chimiques ou physiques particulièrement dissemblables et sont fusionnés pour créer un matériau avec des propriétés, contrairement aux éléments individuels. Au sein de la structure finie, les éléments individuels restent séparés et distincts, distinguant les composites des mélanges et des solutions solides.

Les matériaux composites usinés typiques incluent :

• Béton armé et maçonnerie
• Bois composite tel que le contreplaqué
• Plastiques renforcés, tels que le polymère renforcé de fibres ou la fibre de verre
• Composites à matrice céramique (matrices composites céramiques et métalliques)
• Composites à matrice métallique
• et d'autres matériaux composites avancés

Il existe diverses raisons pour lesquelles de nouveaux matériaux peuvent être privilégiés. Les exemples typiques incluent des matériaux moins chers, plus légers, plus solides ou plus durables par rapport aux matériaux courants.

Plus récemment, les chercheurs ont également commencé à inclure activement la détection, l'actionnement, le calcul et la communication dans les composites, connus sous le nom de matériaux robotiques.

Les matériaux composites sont généralement utilisés pour les bâtiments, les ponts et les structures telles que les coques de bateaux, les panneaux de piscine, les carrosseries de voitures de course, les cabines de douche, les baignoires, les réservoirs de stockage, l'imitation du granit, les éviers en marbre de culture et les plans de travail. Ils sont également de plus en plus utilisés dans les applications automobiles générales.

Les exemples les plus avancés fonctionnent régulièrement sur des engins spatiaux et des avions dans des environnements exigeants.

Que sont les composites ?

Un composite est un matériau qui est produit à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs. Ces matériaux constitutifs ont des propriétés chimiques ou physiques particulièrement dissemblables et sont fusionnés pour créer un matériau avec des propriétés, contrairement aux éléments individuels.

En termes simples, les composites sont une combinaison de composants. Dans notre industrie, les composites sont des matériaux fabriqués en combinant deux ou plusieurs éléments naturels ou artificiels (avec des propriétés physiques ou chimiques différentes) qui sont plus forts en équipe qu'individuellement.

Les matériaux composants ne se mélangent pas complètement ou ne perdent pas leur identité individuelle ; ils combinent et apportent leurs traits les plus utiles pour améliorer le résultat ou le produit final. Les composites sont généralement conçus avec une utilisation particulière à l'esprit, comme une résistance, une efficacité ou une durabilité accrues.

De quoi sont faits les composites ?

Les composites, également connus sous le nom de composites polymères renforcés de fibres (FRP), sont fabriqués à partir d'une matrice polymère renforcée par une fibre artificielle, artificielle ou naturelle (comme le verre, le carbone ou l'aramide) ou un autre matériau de renforcement.

La matrice protège les fibres des dommages environnementaux et externes et transfère la charge entre les fibres. Les fibres, à leur tour, apportent résistance et rigidité pour renforcer la matrice et l'aider à résister aux fissures et aux fractures.

Dans de nombreux produits de notre industrie, la résine de polyester est la matrice et la fibre de verre est le renfort. Mais de nombreuses combinaisons de résines et de renforts sont utilisées dans les composites et chaque matériau contribue aux propriétés uniques du produit fini :la fibre, puissante mais cassante, apporte résistance et rigidité, tandis que la résine plus souple donne forme et protège la fibre.

Les composites FRP peuvent également contenir des charges, des additifs, des matériaux de base ou des finitions de surface conçus pour améliorer le processus de fabrication, l'apparence et les performances du produit final.

Composites naturels et synthétiques

Les matériaux composites peuvent être naturels ou synthétiques. Le bois, un composite naturel, est une combinaison de cellulose ou fibre de bois et d'une substance appelée lignine. Les fibres donnent au bois sa force; La lignine est la matrice ou la colle naturelle qui la lie et la stabilise. D'autres composites sont synthétiques (fabriqués par l'homme).

Le contreplaqué est un composite artificiel qui combine des matériaux naturels et synthétiques. De fines couches de placage de bois sont collées ensemble pour former des feuilles de stratifié plates plus résistantes que le bois naturel.

Les plastiques sont-ils des composites ?

Tous les plastiques ne sont pas des composites. En fait, la plupart des plastiques utilisés dans les jouets, les bouteilles d'eau et d'autres articles familiers ne sont pas des composites. Ce sont des plastiques purs. Cependant, de nombreux types de plastiques peuvent être renforcés pour les rendre plus solides. Cette combinaison de plastique et de renfort peut créer certains des matériaux les plus solides et les plus polyvalents (pour leur poids) que la technologie ait jamais développés.

Les résines polymères (telles que le polyester, l'ester vinylique, l'époxy ou le phénol) sont parfois appelées plastique.

Bref historique

Les gens utilisent les composites depuis des milliers d'années. 3400 av. J.-C. Les premiers composites artificiels ont été fabriqués par les Mésopotamiens en Irak. L'ancienne société collait des bandes de bois les unes sur les autres à des angles différents pour faire du contreplaqué.

Suite à cela, les Égyptiens ont commencé vers 2181 av. J.-C. à confectionner des masques mortuaires à partir de lin ou de papyrus imbibés de plâtre. Plus tard, les deux sociétés ont commencé à renforcer leurs matériaux avec de la paille pour renforcer les briques de boue, la poterie et les bateaux.

En 1200 après JC, les Mongols ont commencé à construire des arcs composés, qui étaient incroyablement efficaces à l'époque. Ceux-ci étaient fabriqués à partir de bois, de tendons de bétail, de corne, de bambou, d'os et de soie liés avec de la résine de pin.

Après la révolution industrielle, les résines synthétiques ont pris une forme solide par polymérisation. Dans les années 1900, cette nouvelle connaissance des produits chimiques a conduit à la fabrication de divers plastiques tels que le polyester, le phénol et le vinyle. Puis le développement des plastiques a commencé, la bakélite a été fabriquée par le chimiste Leo Baekeland. Le fait qu'il ne conduisait pas l'électricité et qu'il était résistant à la chaleur signifiait qu'il pouvait être largement utilisé dans de nombreuses industries.

Les années 1930 ont été une période extrêmement importante pour l'avancement des composites. La fibre de verre a été introduite par Owens Corning, qui a également fondé la première industrie des polymères renforcés de fibres (FRP). Les résines développées pendant cette période sont utilisées à ce jour, et les résines de polyester insaturé ont été brevetées en 1936. Deux ans plus tard, des systèmes de résine plus puissants sont devenus disponibles.

La première fibre de carbone a été brevetée en 1961, puis est devenue disponible dans le commerce. Au milieu des années 1990, les composites sont devenus de plus en plus populaires dans les procédés de fabrication et la construction en raison de leur coût relativement faible par rapport aux matériaux utilisés auparavant.

Les composites d'un Boeing 787 Dreamliner au milieu des années 2000 ont justifié leur utilisation pour des applications à haute résistance.

Différents types de matériaux composites

Certains matériaux composites courants incluent :

• Composite à matrice céramique :Céramique étalée dans une matrice céramique. Celles-ci sont meilleures que les céramiques normales car elles résistent aux chocs thermiques et aux fractures
• Composite à matrice métallique :Un métal réparti dans une matrice
• Béton armé :Béton renforcé par un matériau à haute résistance à la traction tel que des barres d'armature en acier
• Béton renforcé de fibres de verre :Béton coulé dans une structure en fibre de verre à haute teneur en zircone
• Béton translucide : Béton qui enveloppe les fibres optiques
• Bois d'ingénierie : Bois manufacturé combiné avec d'autres matériaux bon marché. Un exemple serait le panneau de particules. Un matériau spécialisé comme le placage peut également être trouvé dans ce composite
• Contreplaqué : Bois d'ingénierie en collant plusieurs fines couches de bois ensemble à différents angles
• Bambou technique :Bandes de fibre de bambou collées entre elles pour former une planche. Il s'agit d'un composite utile car il a une résistance à la compression, à la traction et à la flexion supérieure à celle du bois
• Parqueterie : Un carré de plusieurs pièces de bois assemblées souvent en bois dur. Il est vendu comme pièce décorative
• Composite bois-plastique :Soit en fibre de bois soit en farine coulée dans du plastique
• Fibre de bois liée au ciment :Pièces de bois minéralisées coulées dans du ciment. Ce composite a des propriétés isolantes et acoustiques
• Fibre de verre : Fibre de verre associée à un plastique relativement peu coûteux et flexible
• Polymère renforcé de fibre de carbone :Ensemble en fibre de carbone dans du plastique présentant un rapport résistance/poids élevé
• Panneau sandwich  :Une variété de composites superposés
• Nid d'abeille composite  :Une sélection de composites dans de nombreux hexagones pour former une forme en nid d'abeille.
• Papier mâché :Papier relié avec un adhésif. On les trouve dans l'artisanat
• Papier plastifié :Papier enduit de plastique pour améliorer la durabilité. Un exemple d'utilisation de ceci est dans le jeu de cartes
• Mousses syntaxiques :Matériaux légers créés en remplissant des métaux, des céramiques ou des plastiques avec des microballons. Ces ballons sont fabriqués en verre, en carbone ou en plastique

Avantages des composites

Les composites ont imprégné notre vie quotidienne :ils sont utilisés dans les voitures que nous conduisons, les clubs de golf que nous jouons, les tuyaux qui évacuent les eaux usées de nos quartiers, et bien plus encore. Certaines applications, telles que les fusées, ne décolleraient probablement pas sans matériaux composites.

Les composites offrent de nombreux avantages. Les principaux d'entre eux sont la résistance, la légèreté, la résistance à la corrosion, la flexibilité de conception et la durabilité.

• Fort. Par livre, les composites sont plus résistants que d'autres matériaux tels que l'acier. Les deux principaux composants des composites - les fibres et les résines - contribuent à leur résistance. Les fibres supportent la charge, tandis que les résines répartissent le poids sur toute la pièce composite selon les besoins.
• Léger. Les composites sont légers par rapport à la plupart des bois et des métaux. Mais pourquoi le briquet est-il meilleur ? Un poids plus faible contribue à l'efficacité énergétique des voitures et des avions. Et les objets plus légers, allant des poteaux électriques aux tabliers de pont, sont plus faciles à transporter et à installer.
• Résistant. Les composites résistent aux dommages causés par les intempéries et les produits chimiques agressifs qui peuvent ronger d'autres matériaux. Cela en fait de bons choix pour les applications qui sont constamment exposées à l'eau salée, aux produits chimiques toxiques, aux fluctuations de température et à d'autres conditions extrêmes.
• Souple. Une large gamme de combinaisons de matériaux peut être utilisée dans les composites, ce qui permet une flexibilité de conception. Les matériaux peuvent être personnalisés pour répondre aux spécifications uniques de chaque application. Les composites peuvent également être facilement moulés dans des formes complexes.
• Durable. Autrement dit, les composites durent ! Les structures en matériaux composites ont une longue durée de vie et nécessitent peu d'entretien. De nombreux produits fabriqués avec des matériaux composites, tels que des bateaux, sont en service depuis plus d'un demi-siècle.

Pourquoi utiliser les composites ?

Le gain de poids est l'une des principales raisons d'utiliser des matériaux composites au lieu de matériaux conventionnels pour les composants. Bien que les composites soient plus légers, ils peuvent également être plus résistants que d'autres matériaux. Par exemple, les fibres de carbone renforcées peuvent être jusqu'à cinq fois plus résistantes que l'acier de qualité 1020 et seulement un cinquième du poids, ce qui les rend parfaites à des fins structurelles.

Un autre avantage de l'utilisation d'un matériau composite par rapport à un type de matériau conventionnel est la résistance thermique et chimique ainsi que les propriétés d'isolation électrique. Contrairement aux matériaux traditionnels, les composites peuvent avoir de multiples propriétés que l'on ne retrouve pas souvent dans un seul matériau.

Les matériaux composites renforcés de fibres tels que le plastique renforcé de fibres (matériaux composites GRP) sont de plus en plus utilisés dans le développement et la fabrication de produits finaux destinés à la commercialisation.

Exemples d'utilisations composites :

• Matériel électrique
• Structures aérospatiales
• Infrastructures
• Tuyaux et réservoirs
• Les maisons peuvent être encadrées à l'aide de poutres stratifiées en plastique

FAQ.

Qu'est-ce qu'un matériau composite ?

Un matériau composite est une combinaison de deux matériaux aux propriétés physiques et chimiques différentes. Lorsqu'ils sont combinés, ils créent un matériau spécialisé pour faire un certain travail, par exemple, pour devenir plus fort, plus léger ou résistant à l'électricité. Ils peuvent également améliorer la résistance et la rigidité.

Qu'est-ce qu'un composite ?

Un composite est un matériau produit à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs. Ces matériaux constitutifs ont des propriétés chimiques ou physiques particulièrement dissemblables et sont fusionnés pour créer un matériau avec des propriétés, contrairement aux éléments individuels.

Quels sont les exemples de matériaux composites ?

Les exemples de matériaux de construction composites comprennent le béton, les plastiques renforcés, le ciment, le béton armé d'acier et les poutres en bois composites. Ces matériaux sont généralement durables et solides.

Quel est un exemple de matériaux composites ?

Exemples de matériaux composites :

• Briques de boue. Quoi de mieux pour présenter les composites que de parler de briques crues
• Bois. Le bois (et les arbres, bien sûr) existent depuis des milliers d'années.
• Fibre de verre.
• Béton translucide.
• Béton absorbant.
• Kevlar.
• Fibre de carbone.
• Pykrete.

Quels sont les 4 types de composites ?

Les composites sont généralement classés selon le type de matériau utilisé pour la matrice. Les quatre principales catégories de composites sont les composites à matrice polymère (PMC), les composites à matrice métallique (MMC), les composites à matrice céramique (CMC) et les composites à matrice carbone (CAMC).

Quels sont les principaux types de matériaux composites ?

Il existe de nombreux types de matériaux composites tels que le plastique renforcé de fibres de carbone, l'aluminium renforcé de fibres de verre, les composites avec des nanotubes de carbone, et bien d'autres. Les autres types de composites comprennent les composites à matrice métallique et à matrice céramique.

Le composite est-il en plastique ?

Tous les plastiques ne sont pas des composites. Cette combinaison de plastique et de renfort peut produire certains des matériaux les plus solides et les plus polyvalents (pour leur poids) jamais développés par la technologie. Les résines polymères (telles que le polyester, l'ester vinylique, l'époxy ou le phénolique) sont parfois appelées plastiques.

Qu'est-ce qu'un exemple composite ?

En mathématiques, les nombres composés peuvent être définis comme les nombres entiers qui ont plus de deux facteurs. Les nombres entiers qui ne sont pas premiers sont des nombres composés car ils sont divisibles par plus de deux nombres. Par exemple, 4, 6, 8, 9 et 10 sont les premiers nombres composés.

Quels sont les composites utilisés ?

Les composites sont maintenant utilisés dans les applications de véhicules et d'équipements, y compris les panneaux, les cadres, les composants intérieurs et d'autres pièces. Certaines applications d'infrastructure composites incluent les bâtiments, les routes, les ponts et les pilotis.

Quelle est la différence entre polymère et composite ?

Cependant, selon la littérature disponible, la principale différence entre le mélange de polymères et le composite est que le mélange de polymères est constitué d'un mélange de deux polymères ou plus pour obtenir une phase unique, tandis que le composite est constitué d'une combinaison de deux éléments ou plus. résultant en un système multiphase et multicomposant.

Quels sont les 2 composants des matériaux composites ?

Les matériaux composites sont créés à partir de matériaux individuels. Ces matériaux individuels sont appelés matériaux constitutifs et il en existe deux catégories principales. L'un est la matrice (liant) et l'autre est le renforcement.

Les briques sont-elles composites ?

Quelques exemples de composites incluent la brique, la fibre de verre, la fibre de carbone, le béton, le contreplaqué et le Kevlar.

Pourquoi utilise-t-on des matériaux composites ?

Le plus grand avantage des matériaux composites est la résistance et la rigidité combinées à la légèreté. En choisissant une combinaison appropriée de matériau de renforcement et de matrice, les fabricants peuvent produire des propriétés qui correspondent exactement aux exigences d'une structure particulière pour un usage particulier.

Quels sont les inconvénients des matériaux composites ?

Inconvénients :

• GRP.
• Matériel coûteux.
• Processus de fabrication spécialisé requis.
• Moule de haute qualité nécessaire.
• FIBRE DE CARBONE.
• Matériel très cher.
• Disponible uniquement en noir.
• Processus de fabrication hautement spécialisés requis.

Quelle est la différence entre composite et alliage ?

Les alliages et les composites sont un mélange de différents éléments. La principale différence entre les alliages et les composites réside dans la composition des deux matériaux. Un alliage doit avoir au moins un métal dans sa composition alors que les composites n'ont aucun composant métallique.

Qu'est-ce que la fibre dans les matériaux composites ?

Dans un composite, la fibre, maintenue en place par la résine de la matrice, contribue à la résistance à la traction, améliorant les propriétés de performance dans la pièce finale, telles que la résistance et la rigidité, tout en minimisant le poids.

Quels sont les avantages des matériaux composites ?

Les autres avantages clés incluent :

• Comme la précision dimensionnelle moulée. Tolérance serrée, moulages reproductibles.
• Résistance chimique.
• Parties et fonctions consolidées.
• Résistance à la corrosion.
• Flexibilité de conception.
• Durable.
• Module de flexion élevé pour supporter des charges exigeantes. Haute résistance aux chocs.
• Hautes performances à des températures élevées.

Le contreplaqué est-il un composite ?

Le contreplaqué est lui-même une forme basique de composite, créé en laminant de fines feuilles de bois ensemble pour créer un produit final plus épais et plus résistant.

Le béton est-il un composite ?

Le béton est un matériau composite composé d'agrégats fins et grossiers collés avec un ciment fluide (pâte de ciment) qui durcit (cure) avec le temps. Le béton est la deuxième substance la plus utilisée au monde après l'eau et le matériau de construction le plus utilisé.

Combien de types de matériaux composites existe-t-il ?

Il existe trois principaux types de matériaux à matrice composite :Matrice céramique – Les composites à matrice céramique (CMC) sont un sous-groupe de matériaux composites. Ils sont constitués de fibres céramiques intégrées dans une matrice céramique, formant ainsi un matériau céramique renforcé de fibres céramiques (CFRC).

La fibre de verre est-elle un composite ?

Le matériau composite le plus utilisé est la fibre de verre en résine de polyester, communément appelée fibre de verre. La fibre de verre est légère, résistante à la corrosion, économique, facile à traiter, possède de bonnes propriétés mécaniques et a plus de 50 ans d'histoire.

Qu'est-ce qu'un matériau composite et son application ?

Un matériau composite est une combinaison de deux matériaux aux propriétés physiques et chimiques différentes. Lorsqu'ils sont combinés, ils créent un matériau spécialisé pour faire un certain travail, par exemple, pour devenir plus fort, plus léger ou résistant à l'électricité. Ils peuvent également améliorer la résistance et la rigidité.

Le nylon est-il un matériau composite ?

Le nylon est un polymère plus complexe que le PP avec des groupes polaires attachés à sa chaîne polymère, ce qui confère au nylon une nature hydrophile. En raison de la nature polaire des deux, on s'attend à ce que le nylon et le bois puissent se combiner avec une forte adhérence résultant en un matériau composite avec une rigidité et une résistance plus élevées.

Quelle est la différence entre le composite et le mélange ?

Est-ce que le composite est un mélange de différents composants alors que le mélange est un mélange de deux ou plusieurs choses.

Le béton est-il un polymère ou un composite ?

Le béton polymère est un matériau composite dans lequel les granulats sont liés dans une matrice avec un liant polymère.

Qu'est-ce que la fibre de carbone ?

La fibre de carbone est fabriquée à partir de polymères organiques, constitués de longues chaînes de molécules maintenues ensemble par des atomes de carbone. La plupart des fibres de carbone (environ 90%) sont fabriquées à partir du procédé polyacrylonitrile (PAN). Une petite quantité (environ 10 %) est fabriquée à partir de rayonne ou de brai de pétrole.

Les composites peuvent-ils remplacer l'acier ?

Les matériaux composites sont couramment utilisés dans les structures qui exigent un haut niveau de performances mécaniques. Leurs rapports résistance/poids et rigidité/poids élevés ont facilité le développement de structures plus légères, qui remplacent souvent les structures métalliques conventionnelles.