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La chimie et le sport
L’ENSIMAGE, UN TRAITEMENT DE SURFACE POUR UNE MEILLEURE COHÉSION
Le rôle de l’ensimage illustre un apport de la chimie pour assurer la compatibilité des fi bres
de verre avec la matrice et les caractéristiques nécessaires pour des composites de hautes
performances. On utilise par exemple un aminosilane, qui sert d’agent de pontage à la surface
des fi bres de verre (Figure 7). La fi bre passe sur un rouleau (Figure 5) qui l’imprègne d’une
solution d’aminosilane. Celui-ci est hydrolysé en milieu aqueux puis greffé sur la surface de
la silice de la fi bre via l’un des groupements hydroxyles « OH », ce qui favorisera ensuite, via
les hydroxyles restants, le collage avec la résine époxy.
Figure 7
Un silane peut être utilisé comme agent de pontage à la surface des fi bres de verre pour améliorer leur
compatibilité avec la matrice avec laquelle elles vont former le matériau composite.
R Si OR'
OR'
R Si OH
OH
Si
R
OH
R Si OR
OR'
R Si OH
OH
Si
OH
OH
O
Si
milieu aqueux
HYDROLYSE
ADSORPTION
Figure 8
Lors d’un contrôle fi bre-matrice, on effectue dans un premier temps un
test de fragmentation sur une fi bre élémentaire où sont déterminées les
caractéristiques micromécaniques à l’interface fi bre-matrice.
Figure 9
On applique différentes contraintes s sur une fi bre de verre et l’on mesure
la déformation produite ε. Le tracé de la courbe de σ en fonction de ε
permet d’obtenir entre autres le module d’élasticité E, connaissant la
relation : σ = Eε, appelée loi d’élasticité de Hooke. Cette relation s’applique
tant que la limite d’élasticité Y du matériau n’est pas atteinte, limite à
partir de laquelle il commence à se déformer de manière irréversible,
voire se rompt.
Pour exemple, la courbe de
la Figure 9 est une courbe
classique de contrainte/déformation en fl exion, à partir de
laquelle on peut déduire les
caractéristiques mécaniques
du matériau.
On étudie ensuite la casse
d’éprouvettes
composite
verre/époxy en « test de
fl exion trois points
60 » ; on
obtient des modules d’élasticité sur le composite fi nal de
l’ordre de 35 000 MPa, ainsi
qu’une contrainte à la rupture
de l’ordre de 800 MPa. Ces
valeurs sont très compétitives
par rapport à l’aluminium et à
sa tenue en fatigue.
La seconde fonction de la
résine époxy tient à son rôle
d’adhésion. Les différentes
couches qui composent le ski
60. Un test de fl exion trois points
est un essai mécanique utilisé
pour tester la résistance en
fl exion d’un objet (la fl exion est la
déformation qui se traduit par une
courbure) : au cours de ce test, on
applique une force au centre de la
fi bre posée sur deux appuis.
σ
ε
E
ε
Y
soit d’autres méthodes d’ensimage). Ainsi il est indispensable, avant de passer au
stade du prototype (nouveau
composite, nouveau ski) de
bien appréhender ce qui se
passe à l’échelle du micron
pour la cohésion d’une fi bre
élémentaire avec la matrice.
La chimie et le sport
L’ENSIMAGE, UN TRAITEMENT DE SURFACE POUR UNE MEILLEURE COHÉSION
Le rôle de l’ensimage illustre un apport de la chimie pour assurer la compatibilité des fi bres
de verre avec la matrice et les caractéristiques nécessaires pour des composites de hautes
performances. On utilise par exemple un aminosilane, qui sert d’agent de pontage à la surface
des fi bres de verre (Figure 7). La fi bre passe sur un rouleau (Figure 5) qui l’imprègne d’une
solution d’aminosilane. Celui-ci est hydrolysé en milieu aqueux puis greffé sur la surface de
la silice de la fi bre via l’un des groupements hydroxyles « OH », ce qui favorisera ensuite, via
les hydroxyles restants, le collage avec la résine époxy.
Figure 7
Un silane peut être utilisé comme agent de pontage à la surface des fi bres de verre pour améliorer leur
compatibilité avec la matrice avec laquelle elles vont former le matériau composite.
R Si OR'
OR'
R Si OH
OH
Si
R
OH
R Si OR
OR'
R Si OH
OH
Si
OH
OH
O
Si
milieu aqueux
HYDROLYSE
ADSORPTION
Figure 8
Lors d’un contrôle fi bre-matrice, on effectue dans un premier temps un
test de fragmentation sur une fi bre élémentaire où sont déterminées les
caractéristiques micromécaniques à l’interface fi bre-matrice.
Figure 9
On applique différentes contraintes s sur une fi bre de verre et l’on mesure
la déformation produite ε. Le tracé de la courbe de σ en fonction de ε
permet d’obtenir entre autres le module d’élasticité E, connaissant la
relation : σ = Eε, appelée loi d’élasticité de Hooke. Cette relation s’applique
tant que la limite d’élasticité Y du matériau n’est pas atteinte, limite à
partir de laquelle il commence à se déformer de manière irréversible,
voire se rompt.
Pour exemple, la courbe de
la Figure 9 est une courbe
classique de contrainte/déformation en fl exion, à partir de
laquelle on peut déduire les
caractéristiques mécaniques
du matériau.
On étudie ensuite la casse
d’éprouvettes
composite
verre/époxy en « test de
fl exion trois points
60 » ; on
obtient des modules d’élasticité sur le composite fi nal de
l’ordre de 35 000 MPa, ainsi
qu’une contrainte à la rupture
de l’ordre de 800 MPa. Ces
valeurs sont très compétitives
par rapport à l’aluminium et à
sa tenue en fatigue.
La seconde fonction de la
résine époxy tient à son rôle
d’adhésion. Les différentes
couches qui composent le ski
60. Un test de fl exion trois points
est un essai mécanique utilisé
pour tester la résistance en
fl exion d’un objet (la fl exion est la
déformation qui se traduit par une
courbure) : au cours de ce test, on
applique une force au centre de la
fi bre posée sur deux appuis.
σ
ε
E
ε
Y
soit d’autres méthodes d’ensimage). Ainsi il est indispensable, avant de passer au
stade du prototype (nouveau
composite, nouveau ski) de
bien appréhender ce qui se
passe à l’échelle du micron
pour la cohésion d’une fi bre
élémentaire avec la matrice.