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RÉSUMÉ
Le plus souvent, les pièces en composites ne constituent qu'une partie d'un ensemble, constitués de pièces en composites, mais aussi de pièces métalliques. Le collage est fréquemment retenu pour l'assemblage de pièces différentes. Cet article compare les différentes techniques d'assemblage utilisées pour des pièces dont l'une au moins est en matériau composite. Il met en avant les points forts et les avantages du collage par rapport aux autres techniques.
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Philippe COGNARD : Ingénieur de l’École supérieure de physique et chimie de la ville de Paris - Ancien directeur commercial à la société Bostik Findley - Expert près les tribunaux
INTRODUCTION
Certaines pièces en composites sont monolithiques, c’est‐à‐dire qu’elles sont fabriquées et terminées en une seule opération (moulage, compression ou enroulement filamentaire) qui peut inclure éventuellement les attaches. Ces pièces sont par exemple une dérive d’avion ou un toit d’automobile ou encore un réservoir sphérique.
Mais la pièce en composite peut aussi ne constituer qu’une partie d’un ensemble, c’est le cas par exemple :
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des peaux d’un panneau-sandwich en stratifié verre‐polyester ou graphite‐époxyde ;
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des nids d’abeilles en Nomex ou autre composite ;
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des profilés pultrudés… ;
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qui doivent alors être assemblés par collage ou stratification (collage composite / composite ou métal/composite) ou par assemblage mécanique.
Parfois, l’une des couches de la pièce est un film d’adhésif et l’on durcit alors le composite et le joint adhésif en une seule opération : c’est la cocuisson.
Pour la plupart des pièces en composites (pièces d’avions ou d’automobiles…) on doit leur attacher des pièces de fixation ou des charnières réalisées alors en métal car ces pièces peuvent rarement être réalisées en matériau composite. Ces fixations sont alors collées ou bien noyées et insérées dans la masse de la pièce avant sa cuisson (inserts ou autres pièces métalliques noyées dans la masse).
Ainsi, le collage est une technique très fréquemment retenue pour l’assemblage de pièces composites.
Afin d’effectuer le meilleur choix parmi les techniques permettant de résoudre un problème d’assemblage de pièces dont l’une au moins est en matériau composite, l’on considérera ici les avantages et inconvénients de ces diverses techniques et l’on comprendra les points forts du collage.
Le lecteur consultera utilement les articles consacrés au Collage des matériaux :
-
Collage des matériaux. Mécanismes. Classification des colles ;
-
Collage des matériaux. Caractéristiques, mises en œuvre des colles ;
-
Collage des matériaux. Applications ;
-
Collage des matériaux. Pour en savoir plus .
Cet article constitue la première partie d’une série consacrée au collage des composites :
-
Assemblage des composites. Les points forts du collage [BM 7 624] ;
-
Collage des composites. Généralités ;
-
Collage des composites. Secteur aéronautique ;
-
Collage des composites. Secteurs routier et ferroviaire ;
-
Collage des composites. Secteur de la construction navale ;
-
Collage des composites. Bâtiment, sport, génie chimique, mécanique ;
-
Collage des composites. Pour en savoir plus .
Le lecteur trouvera notamment de nombreuses informations pratiques (fournisseurs d’adhésifs et de matériels, normes, caractéristiques techniques de différents adhésifs…) dans le document Pour en savoir plus .
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Présentation
Collage
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1. Assemblage mécanique
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L’assemblage mécanique (boulons, vis…) présente plusieurs avantages :
-
il n’est pas nécessaire d’effectuer une préparation des surfaces ;
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le démontage est possible ;
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les professionnels connaissent tous l’assemblage mécanique en lequel ils ont confiance ;
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le contrôle des assemblages est facile et immédiat.
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Mais il présente aussi des inconvénients :
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les trous pratiqués pour le passage de vis ou rivets par exemple affaiblissent les pièces en concentrant les contraintes à leur emplacement et peuvent créer des amorces de rupture comme le montre la figure 1. Rappelons cependant que les pièces en composites peuvent être conçues et fabriquées de façon à éviter la rupture des fibres, par exemple en renforçant les pièces au niveau des trous par diverses techniques. Les techniques les plus élégantes à cet égard sont l’emploi d’inserts qui peuvent même être noyés dans la résine fraîche, pas encore durcie, sous réserve d’un positionnement précis, pas toujours facile à réaliser, ou le drapage des fibres de renfort autour des fixations ;
-
lorsque l’on perce les trous, on met à nu et on coupe les fibres de renfort, ce qui non seulement affaiblit le composite, mais également permet la pénétration de l’eau ou de l’humidité qui sont les principales causes de dégradation des matériaux composites, car l’eau vient s’interposer entre les fibres de renfort et la matrice de résine et les désolidarise ;
-
les fixations mécaniques (telles que boulons, vis et inserts) peuvent être plus lourdes que les joints d’adhésifs ;
-
les fixations mécaniques peuvent se corroder en atmosphères agressives (mer, usines chimiques, pièces enterrées), et le contact entre des pièces en acier et des composites à base de fibres de carbone peuvent provoquer une corrosion galvanique.
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