L'origine des composites remonte loin dans l'histoire. Le composite synthétique le plus courant était la combinaison de paille et de boue pour fabriquer des briques de construction. Un autre exemple est le béton, qui combine du ciment et du gravier. Les composites plus récents utilisent des polymères comme résine ou matrice pour maintenir le mélange ensemble et diverses fibres comme matériau de renforcement. Ces composites polymères ont amélioré les performances de nombreux produits modernes.
Matrice
Le but de la matrice est de lier les fibres du renforcement afin que les contraintes soient réparties dans le matériau. La matrice de résine forme également une surface dure qui protège le matériau de renforcement des dommages. Les matériaux à matrice polymère sont de deux types: les thermodurcissables et les thermoplastiques. Une matrice thermodurcissable est créée par l'action irréversible d'une résine de durcissement chimique pour former un mélange amorphe. Les thermodurcissables ont une résistance aux températures élevées, une bonne résistance aux solvants et une stabilité dimensionnelle élevée.
Les thermoplastiques sont formés en chauffant à la température du procédé et en donnant au produit la forme souhaitée. Ils ont une très haute viscosité, ce qui les rend plus difficiles à produire. Les thermoplastiques ont plus de résistance à la fissuration et aux dommages dus aux impacts que les composites thermodurcis.
Fibres
Le rôle du renforcement des fibres est d'ajouter de la résistance et de la rigidité au matériau combiné. Le renforcement se présente sous trois formes: particules, fibre continue et fibre discontinue. Les premiers matériaux de renforcement étaient la paille, le chanvre et le verre. Dans les années 1940, les fabricants ont commencé à combiner des fibres de carbone et de verre avec des polymères plastiques afin de créer un composite solide pouvant être utilisé dans les coques d’avions.
Force
Un avantage significatif des composites polymères est leur rapport résistance / poids élevé. Les composites contenant des fibres polyaramides sont cinq fois plus résistants que l'acier livre par livre. Les fibres de ces composites peuvent être disposées au cours du processus de fabrication selon un motif multidirectionnel qui répartit les contraintes sur tout le matériau. Cependant, ces matériaux ont une faible résistance à la compression, ce qui signifie qu'ils peuvent facilement se rompre sous des forces soudaines et aiguës. Un composite polymère fini aura une surface lisse, ce qui le rend utile pour réduire la traînée aérodynamique dans les avions.
Résistance
Les composites polymères ont une excellente résistance à la corrosion chimique, aux rayures, à la rouille et à l'eau de mer. Ces caractéristiques ont conduit à des applications dans les coques d'aéronefs, les pièces de bicyclettes, les véhicules militaires, les trains et les bateaux. En raison de leur durabilité, les composites à faible coût ont trouvé des applications dans les sièges, les murs et les sols des bus et des métros.
Frais
Le principal inconvénient est le coût de fabrication des composites polymères et de leur transformation en produits utiles. Les composites polymères sont fabriqués selon un procédé laborieux connu sous le nom de superposition qui ralentit les cadences de production, rendant les produits moins rentables pour des volumes de production élevés. Les composites polymères avancés sont également coûteux à fabriquer. Ces formules avancées nécessitent une formation plus onéreuse pour le travail et des considérations environnementales et sanitaires plus sophistiquées.
Les composites polymères ont continué à se développer au fil des ans avec des procédés de fabrication moins coûteux et de meilleures formulations offrant de meilleures caractéristiques de résistance et de durabilité. À mesure que les scientifiques en apprendront davantage sur les relations entre les résines et les matériaux de renforcement, les applications des composites polymères continueront de trouver de nouvelles utilisations dans les produits de la vie quotidienne. Les composites plus solides et plus légers se retrouveront dans des utilisations plus économiques dans les transports, les bateaux et d'autres produits jusqu'alors impensables.
