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.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Plastiques et composites
(397 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Observation de l’orientation des fibres
En anglais
1. Les mécanismes d’orientation
L’objectif de ce paragraphe est de montrer qualitativement la façon dont les fibres s’orientent en écoulement. Pour visualiser le mouvement, on travaille à température ambiante avec des fluides transparents représentant le comportement des polymères à l’état liquide, comme des huiles silicones viscoélastiques. Différents dispositifs transparents peuvent être utilisés.
-
En écoulement de cisaillement
Un tel écoulement se rencontre par exemple dans les canaux d’alimentation des moules, ou dans la cavité elle-même, lorsque l’épaisseur et la largeur de l’écoulement sont constantes.
Avec un fluide newtonien, une fibre subit un mouvement de rotation périodique, dont la période est inversement proportionnelle au taux de cisaillement, et à peu près proportionnelle au rapport de forme de la fibre (figure 1a ) . La vitesse de rotation passe par un maximum lorsqu’elle est perpendiculaire à la direction de l’écoulement. En effet, la différence de vitesse du fluide qui environne les deux extrémités de la fibre est maximale. La vitesse de rotation est minimale lorsque la fibre est presque alignée avec l’écoulement, car alors le cisaillement ne joue que sur l’épaisseur de la fibre.
Lorsque de nombreuses fibres interagissent, ou lorsque le fluide est viscoélastique, le mouvement général est perturbé, mais les fibres sont globalement orientées dans la direction de l’écoulement.
-
En écoulement élongationnel
Une situation purement élongationnelle ne se rencontre pas en injection ou dans une filière d’extrusion. En revanche, dans le cas d’une injection avec carotte perpendiculaire au plan d’une pièce, ou dans celui d’une filière comportant des variations de section (voir paragraphe ...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Plastiques et composites
(397 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Les mécanismes d’orientation
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Plastiques et composites
(397 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
