Article de référence | Réf : AM5551 v1

Propriétés mécaniques des constituants
Canalisations en composites - Étude du perlage

Auteur(s) : Fabrice DAL MASO

Date de publication : 10 juil. 1999

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Auteur(s)

  • Fabrice DAL MASO : Ingénieur en Génie mécanique de l’Université de technologie de Compiègne - Docteur ès sciences de l’École nationale supérieure du pétrole et des moteurs et de l’Université Paris VI - Chef de projet Polymères et Composites à l’Institut français du pétrole

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INTRODUCTION

Tout concepteur de systèmes de canalisations utilise des codes de construction et des normes afin de dimensionner les tubes et les différents accessoires. Il lui est particulièrement important de connaître avec précision les modes de ruine des structures en fonction de l’environnement que le système de canalisations va rencontrer. Ainsi, les matériaux métalliques subissent la corrosion et leur ruine se manifeste alors par des fuites. Pour un tube métallique neuf testé en pression, l’ultime étape sera l’éclatement. Dans le cas des tubes en matériaux composites, l’éclatement est rarement constaté ; en effet, le mode de ruine le plus fréquent est le perlage. Ce phénomène spécifique a des conséquences économiques non négligeables et fait l’objet de cet article. Le lecteur trouvera au préalable un bref exposé sur la conception d’un système de canalisations. Ensuite, les paramètres qui influencent le perlage seront analysés. La structure des tubes fabriqués par enroulement filamentaire sera considérée, en particulier l’angle de bobinage et la présence d’un « liner » ou d’un « gel coat ». Les différents chargements mécaniques imposés aux tubes et les constituants du matériau composite (résine, ensimage des fibres) seront ensuite examinés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am5551


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5. Propriétés mécaniques des constituants

Les matériaux composites qui entrent dans la composition des systèmes de canalisations sont majoritairement à base de fibres de verre E et de résines époxy, polyesters ou vinylesters. Comme le perlage résulte de la microfissuration de la matrice et de décohésions entre fibres et matrice, plusieurs auteurs ont cherché à étudier l’influence des propriétés mécaniques de ces constituants sur le perlage.

5.1 Matrice

Les résines thermodurcissables sont obtenues par mélange de plusieurs composés et durcissent par réactions chimiques irréversibles (réticulation). Les plus connues sont :

  • les résines polyesters insaturées, mélanges d’un polymère insaturé, d’un solvant réactif et d’un catalyseur ;

  • les résines vinylesters, qui sont une extension des précédentes avec une insaturation en fin de polymère seulement ;

  • les résines époxy, mélange d’un prépolymère et d’un agent de réticulation.

Les résines peuvent contenir aussi des charges et des additifs. Tous les composés peuvent avoir une incidence sur les propriétés mécaniques des résines après réticulation. De plus, les conditions de mélange, le cycle et les modes de réticulation (chaleur, rayonnement…) peuvent influencer ces propriétés. Deux voies ont été suivies pour évaluer l’importance des propriétés des matrices sur le perlage. La première est la comparaison de différentes résines. C’est la voie qu’ont choisie Taniguchi et al. [22], Mieras [20] et Carswell et Gemmell [23]. La seconde, à laquelle se sont intéressés Zhang et al., consiste à rendre flexible une résine en ajoutant des charges élastomères [24] et à la comparer à la résine de base. Enfin, Barrère [4] a suivi les deux voies.

Taniguchi et al. [22] ont comparé trois résines époxy, composées de diglycidyléther de bisphénol A (DGEBA) réticulé par deux durcisseurs amines aromatiques (résines A et B) et un durcisseur anhydride d’acide (résine C). Ces auteurs ont observé que la pression de perlage de tubes [ 55o m , 6o n ] (stratifié avec m plis à 55o et n plis à 6o) réalisés avec ces résines...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NAYYAR (M.L.) -   Piping Handbook.  -  McGraw Hill Inc., New York, 6th edition, 1580 p. (1992).

  • (2) - LEFÈBVRE (Y.) -   Seawater circuits, treatments and materials.  -  Éditions Technip, Paris, 384 p. (1998).

  • (3) - JONES (M.L.C.), HULL (D.) -   Microscopy of failure mechanisms in filament-wound pipe.  -  Journal of Materials Science, 14, p. 165-174 (1979).

  • (4) - BARRÈRE (C.) -   Relations entre les propriétés de la résine et le phénomène de perlage de tubes composites verre-époxy.  -  Thèse de Doctorat de l'Université Paris VI, 206 p. (1998).

  • (5) - HULL (D.), LEGG (M.D.), SPENCER (B.) -   Failure of glass/polyester filament wound pipe.  -  Composites, 9, no 1, p. 17-24, janv. 1978.

  • (6) - KRAWCZAK (P.) -   Essais des plastiques renforcés.  -  Techniques...

1 À lire également dans nos bases

COGNARD (P.) - Applications des composites anticorrosion dans l'industrie. - [COR 502] Traité Corrosion Vieillissement (2005).

GODART (H.) - Adduction et distribution d'eau. - [C 5 195] Traité Génie civil (2000).

BERBAIN (F.), CHEVALIER (A.) - Mise en œuvre des composites. Méthodes et matériels. - [A 3 720] Traité Plastiques et Composites (1997).

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