Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les polymères renforcés de fibres discontinues ont de meilleures propriétés mécaniques que les résines de base. Mais il est beaucoup plus difficiles d'orienter les fibres dans ces matériaux. Cet article explique les mécanismes d'orientation, l'observation de cette orientation et les modèles. Enfin deux cas de modélisation de l'orientation et de l'écoulement du fluide sont présentés en injection et en extrusion.
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Michel VINCENT : Ingénieur civil des Mines - Directeur de recherches au CNRS - Responsable de recherches au Centre de mise en forme des matériaux de l’École des mines de Paris
INTRODUCTION
Les polymères renforcés de fibres discontinues ont des propriétés mécaniques sensiblement améliorées par rapport à la résine de base, puisque le module d’élasticité est multiplié par un facteur 3 à 5 par rapport au même polymère sans fibres. De plus, ils peuvent être mis en forme avec des moyens conventionnels comme l’injection ou l’extrusion.
Cependant, à la différence des composites structuraux, on ne peut disposer les fibres de façon optimale. En effet, pendant la mise en forme, les fibres sont transportées par le fluide, et subissent des contraintes qui les orientent dans certaines directions. Ceci induit le niveau et l’anisotropie de propriétés mécaniques, mais aussi le voilage des pièces ou le niveau de contraintes résiduelles par le biais d’un retrait anisotrope lui aussi.
On s’intéresse dans cet article aux mécanismes d’orientation, et non à leurs conséquences sur les propriétés.
Les matériaux concernés sont principalement les thermoplastiques renforcés de fibres courtes (longueur moyenne de 200 à 500 µm, diamètre de 10 à 15 µm), mais les mécanismes principaux s’appliquent aussi aux thermoplastiques renforcés de fibres longues (granulés à fibres longues, GFL), ou aux thermodurcissables renforcés de type BMC (Bulk Molding Compound), dont les fibres ont une longueur de un à deux centimètres.
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Les mécanismes d’orientation
En anglais
5. Conclusion
La mise en œuvre des polymères renforcés de fibres doit tenir compte de la mécanique de l’écoulement pour obtenir des orientations de fibres conduisant à des propriétés optimales. Les règles de base, et en particulier les rôles du cisaillement et de l’élongation, sont maintenant bien connues. La quantification du degré d’orientation reste une tâche ardue et coûteuse en temps. Les calculs permettant de prédire l’orientation se perfectionnent peu à peu, et permettent d’ores et déjà d’aider à la conception des moules, en particulier l’emplacement des seuils, ou des filières. Les efforts doivent néanmoins être poursuivis pour mieux intégrer certains phénomènes, comme les interactions entre fibres, ou la nature viscoélastique de la matrice. L’étape suivante est de coupler ces calculs d’orientation à des calculs de propriétés mécaniques pour obtenir un outil complet.
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Conclusion
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VINCENT (M.) - Étude de l’orientation des fibres de verre courtes lors de la mise en œuvre de thermoplastiques chargés. - Thèse de doctorat, École des mines de Paris (1984).
-
(2) - DARLINGTON (M.W.), McGINLEY (P.L.) - Fibre orientation distribution in short fibre reinforced plastics. - J. Mat. Sci. 10, p. 906 (1975).
-
(3) - EBERHARDT (C.), CLARKE (A.R.) - Fibre orientation measurements in short glass fibre composites. I : Automated, high angular resolution measurement by confocal microscopy. - Comp. Sci Tech. 61, p. 1389-1400 (2001).
-
(4) - EBERHARDT (C.), CLARKE (A.R.), VINCENT (M.), GIROUD (T.), FLOURET (S.) - Fibre orientation measurements in short glass fibre composites. II : A quantitative error estimate of the 2D Image Analysis Technique. - Comp. Sci Tech. 61, p. 1961-1974 (2001).
-
(5) - BAY (R.S.), TUCKER (C.L.) - Stereological measurements and error estimates for three-dimensional fiber orientation. - Polym. Eng. Sci. 32, p. 240-253 (1992).
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