Résistance à la flexion des matériaux composites

Introduction

Les matériaux composites possèdent au moins deux substances disparates qui sont intégrées pour améliorer les propriétés. Dans cette revue, nous examinons comment les matériaux résistent aux charges de flexion.

Polymère renforcé de fibres de carbone

Le polymère renforcé de fibres de carbone résiste généralement à des températures d'environ 500°C et possède une résistance à la flexion d'environ 1500 MPa. Il est souvent utilisé pour la construction d'avions et d'automobiles de haute performance. Il est très résistant mais léger. Par exemple, les vélos et les voitures de course utilisent ce matériau composite pour améliorer leurs performances. Dans les applications structurelles, sa résistance à la flexion en fait un matériau recherché. Les fibres de carbone sont orientées de manière à résister efficacement aux contraintes. Elles produisent un matériau dur et solide lorsqu'elles sont mélangées à la résine. De nombreux concepteurs s'appuient sur son rapport poids/résistance élevé. L'équilibre entre la résistance à la flexion et la résistance thermique rend ce composite très adapté aux applications difficiles.

Polymère renforcé de fibres de verre

Le polymère renforcé de fibres de verre a une température de travail de 300°C et une résistance à la flexion d' environ 600 MPa. Ce composite est couramment utilisé dans la construction et dans les pales d'éoliennes. Il présente un bon équilibre entre le prix et les performances. Les fibres de verre confèrent une grande résistance et la résine maintient la structure bien en place. Ce matériau peut être utilisé dans les coques de bateaux et dans les équipements sportifs. Il est plus abordable que les composites à base de fibres de carbone. Les chiffres relatifs aux performances en font une option économique appropriée lorsqu'une résistance extrêmement élevée n'est pas nécessaire. Il est couramment utilisé dans la majorité des applications parce que les ingénieurs concepteurs apprécient sa résistance et sa facilité de production en cas de réparation ou de modification.

Composites à base de fibres d'aramide (Kevlar)

Les composites à base de fibres d'aramide, semblables à ceux à base de kevlar, présentent de bonnes performances jusqu'à 400°C et peuvent supporter des charges de flexion de l'ordre de 600 MPa. Ils sont réputés pour leur robustesse et leur bonne résistance aux chocs. Ils sont utilisés dans les équipements de protection et certains composants des véhicules. Les composites en kevlar sont le meilleur choix pour les gilets pare-balles en raison de leur capacité à absorber l'énergie. Leur résistance à la flexion est suffisante pour la plupart des applications à charge modérée. La structure inhérente des fibres les rend flexibles sans être susceptibles de se briser facilement. Cette constance sous contrainte en fait le premier choix pour les applications critiques en matière de sécurité. Ils réagissent également à la chaleur, ce qui les rend adaptables.

Composites à fibres hybrides

Les composites à fibres hybrides ont une gamme variable, avec des résistances à la flexion allant jusqu'à 600°C et environ 1000 MPa. Les matériaux hybrides mélangent les propriétés de plusieurs fibres pour affiner les performances. En général, il y a un mélange de fibres de carbone et de fibres de verre. L'objectif est d'obtenir la meilleure qualité de chaque matériau. Les concepteurs peuvent personnaliser le mélange en fonction de la rigidité ou de la flexibilité recherchée. Par exemple, les composites hybrides sont utilisés dans les équipements sportifs et les boîtiers électroniques. Leur polyvalence en matière de conception est intéressante pour les ingénieurs qui doivent mettre en balance le coût avec la résistance et le poids. Ces composites peuvent faire partie intégrante de solutions créatives dans des secteurs où les fibres de carbone ou de verre pures ne suffiraient pas.

Composites à base de fibres naturelles

Les composites à base de fibres naturelles fonctionnent de manière optimale à des températures plus basses, jusqu'à environ 50°C, et possèdent une résistance à la flexion d'environ 150 MPa. Ces composites utilisent des fibres telles que le jute, le chanvre ou le lin avec une résine biodégradable. Ils offrent une solution écologique pour les applications dans les marchés de l'intérieur automobile, de l'emballage et des panneaux de construction. Bien qu'ils soient moins performants que les produits synthétiques, leur caractère renouvelable et leur prix abordable les rendent très attrayants pour les concepteurs. L'intérêt croissant pour les matériaux durables confère à ces composites un développement passionnant. Dans les applications moins exigeantes où les températures élevées ou les charges lourdes ne sont pas un problème, les composites à base de fibres naturelles offrent des performances suffisantes avec un avantage supplémentaire pour l'environnement.

Conclusion

Il existe plusieurs choix de matériaux composites pour répondre à une variété d'applications techniques. Chaque catégorie présente des avantages et des inconvénients.

Le polymère renforcé de fibres de carbone est solide et résistant à la chaleur. Le polymère renforcé de fibres de verre est rentable et stable pour un usage général. Les composites à base de fibres d'aramide résistent aux chocs et aux charges de flexion modérées. Les composites à fibres hybrides permettent aux ingénieurs de les adapter à une exigence particulière. Les composites à base de fibres naturelles offrent une solution respectueuse de l'environnement avec des performances réduites.

Questions fréquemment posées

F : Que mesure la résistance à la flexion ?

Q : C'est une mesure de la résistance du matériau aux forces de flexion.

F : Les composites à fibres hybrides peuvent-ils être fabriqués ?

Q : Oui, leurs propriétés peuvent être modifiées en mélangeant des fibres de nature différente.

F : Les composites à base de fibres naturelles sont-ils adaptés aux températures élevées ?

Q : Non, ils sont adaptés aux basses températures.