FR3005600A1

FR3005600A1 - Materiau composite et son procede de fabrication

Info

Publication number: FR3005600A1
Application number: FR1354509A
Authority: FR
Inventors: Toufik Djilali; Michel Niquet; Sebastien Mistou
Original assignee: NIMITECH ETUDES
Current assignee: Lauak France Fr
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-11-21
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: FR3005600B1

Abstract

L'invention se rapporte à un matériau composite et à son procédé de fabrication. Ce matériau composite comprend des granulats (1) poreux, non sphériques et une matrice organique. Les granulats poreux résistent ainsi très bien aux efforts de compression et aux chocs dynamiques. Leurs porosités permettent au matériau composite de conserver sa propriété de légèreté. La matrice organique permet de lier les granulats entre eux et d'assurer une cohésion de l'ensemble.

Description

MATERIAU COMPOSITE ET SON PROCEDE DE FABRICATION [0001] La présente invention concerne le domaine des matériaux composites. [0002] Plus particulièrement, l'invention concerne un matériau composite apte à être utilisé pour la fabrication de pièces et de structures composites. Le matériau composite peut ainsi être utilisé directement pour la fabrication de pièces composites, ou il peut être utilisé pour le remplissage total ou partiel d'un corps creux, comme par exemple un tube ou toute autre enveloppe creuse, ou il peut être utilisé en tant que matériau d'âme dans une structure composite de type sandwich, lorsqu'il est associé à une ou plusieurs peaux. L'invention se rapporte en outre à une structure composite de type sandwich, comprenant deux peaux entre lesquelles est intercalé un matériau d'âme conforme à ce matériau composite. L'invention se rapporte aussi à une pièce composite formée à partir de ce matériau composite sans l'association de peaux ou d'une enveloppe.

L'invention se rapporte enfin à un procédé de fabrication de ce matériau composite. [0003] Actuellement, les matériaux composites sont utilisés pour des applications spécifiques, notamment dans l'aéronautique, dans le spatial, dans le nucléaire, dans les constructions ferroviaires et navales, dans l'automobile, dans l'éolien, dans le bâtiment, mais aussi dans les constructions de mobilier urbain ou domestique par exemple. Ces matériaux composites sont généralement réalisés à partir d'un matériau de renfort à base de fibres longues ou courtes tissées ou non tissées, organiques ou non, imprégnées d'une matrice polymère organique (thermodurcissable, thermoplastique, élastomère ou autre comme par exemple des résines de précurseurs céramiques). [0004] Ces matériaux présentent l'avantage d'être légers et de posséder d'excellentes propriétés mécaniques. Pour augmenter la raideur de ces matériaux composites, il est connu d'utiliser des structures de type sandwich, qui consistent à insérer entre deux panneaux composites monolithiques, appelés « peaux », un matériau léger, dit « matériau d'âme », dont le but est d'augmenter le moment d'inertie en flexion des peaux. Ref : 0341-NIM03 [0005] Les matériaux d'âme les plus couramment utilisés sont d'une part, le « nid d'abeille », qui présente une structure alvéolaire ouverte et une densité minimum égale à 30kg/m3 et d'autre part, les mousses qui présentent une structure alvéolaire fermée et une densité minimum égale à 60kg/m3. [0006] La structure en nid d'abeille est généralement réalisée à partir d'alliages métalliques à base d'acier inox ou d'aluminium, ou encore à partir de feuilles de polyaramide, ou de polypropylène, de carton (fibres naturelles) ou encore de tissus de verre par exemple. Ce type de structure présente une très bonne résistance au cisaillement. Cependant, la résistance au choc dynamique et à la compression n'est pas linéaire. La ruine du matériau d'âme n'est donc pas progressive. Dans ce cas, le flambement local des cellules de la structure en nid d'abeille conduit à l'écrasement de la structure entière. La rupture du matériau est alors très rapide. De plus, l'intégration de fonctions additionnelles dans une telle structure en nid d'abeille demande beaucoup de main d'ceuvre et de temps et augmente la masse de la pièce composite finale. Les fonctions à intégrer peuvent consister à placer des inserts, des capteurs, des orifices de passage au travers du panneau, des logements non débouchant, des fils conducteurs ou des tuyaux, ou à densifier les bordures du matériau. L'intégration de fonction dans un nid d'abeille doit être précédée par une opération de densification, par remplissage de résine dans les cellules du nid d'abeille, avoisinant la fonction additionnelle. Enfin, la fonction d'isolation, aussi bien thermique qu'acoustique, des panneaux sandwich dont le matériau d'âme présente une structure en nid d'abeille métallique, est très faible. [0007] Les mousses expansées sont des matériaux légers et facilement usinables. Cependant, il est souvent difficile de faire évoluer les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques du matériau d'âme dans des zones spécifiques d'une pièce composite. L'usinage et/ou la densification par comblement des alvéoles est une possibilité d'y remédier mais c'est une opération délicate et onéreuse. Les mousses sont difficiles à mettre en forme et il est généralement nécessaire de les usiner pour leur donner la forme de la pièce finale. En outre, le rapport entre leur masse volumique et leur caractéristique mécanique est peu avantageux. Ref : 0341-NIM03 [0008] D'autres matériaux utilisés comme matériau d'âme se présentent sous forme fibreuse. Ainsi, le document W02011/101343 décrit un matériau d'âme composé d'un substrat en fibre naturelle présentant la structure d'un feutre totalement imprégné d'un mélange aqueux formé d'une matrice thermodurcissable dans laquelle est dispersé un agent d'expansion. L'expansion de l'agent d'expansion dans le mélange aqueux est initiée par chauffage. [0009] Des mousses syntactiques peuvent en outre être utilisées en tant que matériau d'âme. Ce type de mousse est formé à partir de résines chargées de microsphères creuses de verre. [0010] Le document W02010/063941 décrit en outre un matériau d'âme se présentant sous la forme d'un assemblage de billes creuses et de fibres. Plus particulièrement, ce document décrit un matériau dans lequel les billes creuses sont sphériques et ne se touchent pas. Elles sont reliées entre-elles au travers des fibres qui leur sont solidarisées tandis qu'une résine permet de combler l'espace entre les fibres et les billes creuses, de lier les fibres entre-elles et d'assurer une cohésion de l'ensemble. Cette structure du matériau d'âme permet d'augmenter les capacités d'absorption d'énergie due aux chocs mécaniques ainsi que la résistance au cisaillement par rapport aux mousses syntactiques. Cependant, dans ce cas, tout comme pour les mousses syntactiques, la résistance aux chocs dynamiques et à la compression du matériau d'âme n'est pas linéaire, et l'éclatement des billes creuses s'apparente à une rupture fragile aux interfaces. La rupture du matériau est alors très rapide. [0011] Les matériaux composites existants, qu'ils soient utilisés pour fabriquer des pièces composites ou comme matériau d'âme de structures de type sandwich, présentent donc tous des inconvénients. Ils s'utilisent généralement dans une gamme de température réduite bornée par la résistance thermique des constituants. De plus, il est souvent difficile de faire évoluer les caractéristiques dimensionnelles et mécaniques du matériau dans des zones spécifiques d'une pièce composite. [0012] L'invention a donc pour but de remédier à au moins un des inconvénients de l'art antérieur. En particulier, l'invention vise à réaliser un matériau composite, Ref : 0341-NIM03 apte à être utilisé en tant que matériau d'âme dans une structure composite de type sandwich ou pour le remplissage d'une enveloppe creuse, ou encore à être utilisé en tant que matériau de base pour la fabrication de pièces composites, le matériau étant peu coûteux, léger, et permettant l'obtention d'une bonne résistance mécanique, chimique, thermique mais également de bonnes capacités d'absorption de l'énergie dissipée dans le cas de chocs. [0013] A cet effet, l'invention a pour objet un matériau composite principalement caractérisé en ce qu'il comprend des granulats poreux, non sphériques et une matrice organique. [0014] Ainsi, le fait que les granulats soient poreux, c'est-à-dire réalisés dans un matériau plein et comportant des porosités, contrairement aux billes creuses de l'art antérieur, renforce les propriétés mécaniques du matériau composite, puisqu'ils ne peuvent plus éclater sous l'impact d'un choc ou d'une compression. Les porosités confèrent en outre au matériau composite final une légèreté compatible avec les applications visées pour ce type de matériau. [0015] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du matériau composite: - la matrice organique représente entre 5 et 30% de la masse de granulats, - les granulats se touchent, - les granulats sont de tailles différentes, leur taille variant de 0,1 à lOmm, - la matrice comprend des charges qui représentent entre 0 et 25% de la masse de la matrice, - les granulats sont enrobés d'une ou plusieurs couches successives de résine, lesdites couches de résine constituant tout ou partie de ladite matrice, - le matériau composite comprend en outre des fibres de renfort dont la concentration volumique est comprise entre 0 et 25%, - les fibres de renfort présentent une longueur variant entre 0,1 et 60mm, - le matériau se présente sous forme d'un agglomérat de granulats poreux non sphériques, enrobés d'une matrice. Ref : 0341-NIM03 [0016] L'invention porte en outre sur une structure composite de type sandwich comprenant un matériau d'âme intercalé entre deux peaux, caractérisée en ce que le matériau d'âme est conforme au matériau composite décrit ci-dessus. [0017] L'invention porte sur une enveloppe creuse remplie à partir du matériau composite décrit ci-dessus. [0018] L'invention porte également sur une pièce composite formée à partir du matériau composite décrit ci-dessus. [0019] L'invention porte enfin sur un procédé de fabrication d'un matériau composite, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - malaxer des granulats poreux et non sphériques, pendant une durée prédéterminée, dans une première résine, - chauffer le mélange obtenu à la température de polymérisation de ladite première résine, - malaxer les granulats recouverts de ladite première résine dans une deuxième résine pendant une deuxième durée prédéterminée, - mettre en forme le mélange obtenu, - chauffer le mélange préalablement mis en forme à la température de polymérisation de ladite deuxième résine. [0020] Selon d'autres caractéristiques optionnelles du procédé : - le procédé comprend en outre, après l'étape de polymérisation de ladite première résine, une étape d'enduction des granulats par au moins une autre couche de résine, apte par exemple à accroitre la mouillabilité entre lesdites première et deuxième résines, - le procédé comprend en outre, préalablement à l'étape de polymérisation de ladite deuxième résine, une étape d'arrangement des granulats de taille différente de manière à combler des espaces inter-granulats, - la viscosité de la première résine est adaptée à la dimension des porosités des granulats, de manière à obturer les porosités sans les remplir, - l'étape de mise en forme se fait selon l'une au moins des techniques suivantes : calandrage, moulage, le moulage par secousse, le moulage Ref : 0341-NIM03 manuel ou avec des outils manuels, le moulage sous vide par une membrane déformable, le moulage sous pression isostatique sous pression liquide ou gazeuse, le moulage par injection haute ou basse pression, le rotomoulage, le moulage par coulée gravitaire, le pressage, le matriçage ou tout autre procédé permettant l'obtention de la forme voulue à partir du mortier de granulats. [0021] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures annexées qui représentent : - La Figure 1, un schéma d'une structure composite de type sandwich comprenant un matériau d'âme conforme au matériau composite selon l'invention, - La Figure 2, un schéma en coupe d'un granulat, entrant dans la constitution du matériau composite selon l'invention, enrobé de deux couches de résine de constitution d'une matrice, - La Figure 3, un schéma en coupe agrandie d'une portion du granulat de la Figure 2, - La Figure 4, un schéma d'une enveloppe creuse corps creux de forme complexe, remplie d'un matériau composite selon l'invention. [0022] Le matériau composite selon l'invention peut avantageusement être utilisé aussi bien pour fabriquer des pièces composites, que pour le remplissage d'enveloppes creuses ou en tant que matériau d'âme dans une structure de type sandwich. La Figure 1 schématise une structure composite de type sandwich 10 comprenant deux peaux 6, 7 à base d'un matériau organique, minéral ou métallique, entre lesquelles est intercalé un matériau d'âme 8. Les épaisseurs des peaux 6, 7 et du matériau d'âme dépendent essentiellement de la raideur recherchée pour la structure composite finale. En général, les épaisseurs des peaux 6, 7 varient entre 0,1 et 5 mm, et l'épaisseur du matériau d'âme 8 varie entre 5 et 100mm. La Figure 4 schématise une enveloppe creuse 20 de forme complexe, laquelle a été remplie par un matériau composite 9, par coulée Ref : 0341-NIM03 gravitaire par exemple. Que ce soit pour une utilisation en tant que matériau d'âme ou pour fabriquer des pièces composites, le matériau composite 8, 9 comprend des granulats 1 poreux et non sphériques, liés entre eux par une matrice organique qui assure la cohésion de l'ensemble. De manière avantageuse, les granulats présentent des tailles différentes, comprises entre 0,1 et 10 mm. [0023] On entend par « poreux » un matériau plein, contrairement aux billes creuses de l'art antérieur, et comportant des porosités. [0024] Ce mélange composé de granulats 1 et de matrice organique forme ainsi un mortier, dans lequel les granulats se touchent. Plus particulièrement, le terme de « mortier » est utilisé dans la suite de la description pour parler du mélange de granulats avec la matrice organique, lorsque les granulats ne sont pas encore liés entre eux, c'est-à-dire lorsque l'étape de polymérisation, permettant de lier les granulats entre eux et d'assurer la cohésion de l'ensemble, n'a pas encore été effectuée. Grâce à l'association de la structure poreuse des granulats et de la disparité de la taille des granulats, ce mortier permet de réaliser un matériau composite possédant une bonne résistance aux chocs dynamiques. En effet, lors d'un choc, des ramifications de microfissures se créent au sein des granulats et entre les granulats. La taille différente des granulats permet d'étager la rupture suivant l'énergie à dissiper. La rupture de la structure du matériau composite obtenu est donc progressive et lente. Lorsque la totalité de l'énergie générée par le choc est dissipée la propagation de fissures s'arrête instantanément. [0025] Sur les Figures 1 et 4, sont en outre représentées des fibres de renforts 5 dispersées dans le matériau 8, 9. L'insertion de ces fibres dans le mortier de constitution du matériau est facultative et dépend des propriétés recherchées pour le matériau final. Ces fibres n'ont pas pour rôle de lier les granulats entre-eux, mais de renforcer la matrice et les propriétés mécaniques du matériau composite final. En effet, lors d'un choc par exemple, la présence de fibres dans le matériau composite crée une interface consommatrice de l'énergie amenée par le choc. Les fibres utilisées sont de préférence inorganiques, telles que les fibres de verre, de carbone, de silice ou de carbure de silicium. Cependant, elles peuvent aussi être organiques. Dans ce cas, ce peut par exemple être des fibres d'aramide ou des Ref : 0341-NIM03 fibres naturelles comme par exemple les fibres de lin, de bambou ou de chanvre. Dans une autre variante, elles peuvent aussi être métalliques. Insérer des fils métalliques rend le matériau conducteur électrique. Ce matériau peut alors participer à la cage de faraday d'un avion par exemple. Dans ce cas, on utilise des fils de cuivre ou des fils d'aluminium par exemple. [0026] Les granulats poreux non sphériques utilisés ne nécessitent pas de matières premières provenant de l'exploitation pétrolière ou minière et sont 100% recyclables. Ils sont de préférence issus de l'industrie du recyclage. Ainsi, ce peut par exemple être des granulats de verre expansé commercialisés sous la marque « Poraver » ou des granulats de silice expansée par exemple. Les granulats peuvent cependant être aussi d'origine organique. Dans ce cas, ce peut par exemple être du polystyrène expansé ou du liège. Les fibres 5 incorporées peuvent aussi être issues de l'industrie du recyclage et provenir par exemple de chutes de tissu techniques ou autres. Ainsi le matériau composite 8, 9 possède un pourcentage massique compris entre 70 et 90% de matériaux recyclés. Il peut donc présenter dans beaucoup d'applications une faible empreinte carbone. [0027] De manière avantageuse, le matériau composite 8, 9 comprend une faible quantité de matrice. La matrice représente en effet entre 5 et 30% de la masse de granulats. [0028] De préférence, la matrice est appliquée sur les granulats en au moins deux étapes successives. La matrice peut être constituée d'une seule résine ou de plusieurs résines de nature différentes. Quoiqu'il en soit, même si la matrice ne comprend qu'une seule résine, cette résine est appliquée en au moins deux étapes successives et forme au moins deux couches successives, qui sont non dissociables en fin de fabrication. Un schéma en coupe d'un granulat poreux 1 est représenté sur les Figures 2 et 3. La Figure 2 schématise le granulat en coupe enrobé de deux couches de résines de constitution de la matrice, tandis que la Figure 3 schématise une portion agrandie de ce granulat vu en coupe. [0029] Une première couche de résine, référencée 2 sur les Figues 2 et 3, dite « couche primaire » est appliquée sur la surface des granulats pour assurer leur étanchéité. En effet, cette résine permet d'étancher la surface des granulats, c'est Ref : 0341-NIM03 à dire d'obturer les porosités 4 sans les remplir. Le schéma de la Figure 3 permet de mieux comprendre le phénomène. Cette Figure schématise une portion de granulat vue en coupe et agrandie. Le granulat 1 présente des porosités 4 ouvertes qui sont obturées par la couche primaire 2 de résine. Ainsi, les porosités ne sont pas remplies, si bien que le matériau composite final conserve sa propriété de légèreté. De plus, le fait de ne pas remplir les porosités permet de mélanger une faible quantité de matrice, juste suffisante pour étancher la surface des granulats. La viscosité de la résine de la couche primaire 2 doit cependant être adaptée. En effet, elle ne doit pas être trop faible afin de ne pas remplir les porosités 4, mais elle doit être suffisante pour pouvoir s'étaler correctement à la surface des granulats. De plus, la viscosité doit être adaptée à la dimension des porosités à obturer. [0030] Une deuxième couche, dite « couche secondaire », référencée 3 sur les Figures 2 et 3, confère ses propriétés au matériau composite final. Ainsi, selon la résine utilisée pour former cette couche secondaire 3, le matériau composite final présentera une bonne tenue en température et /ou une bonne résistance à la compression, etc... Que cette deuxième résine soit de même nature que la première résine de constitution de la couche primaire ou de nature différente, sa viscosité n'a pas besoin d'être adaptée à la taille des porosités des granulats puisque, au moment du deuxième enrobage des granulats, il n'y a plus de porosités ouvertes, celles-ci ayant été obturées par la couche primaire, comme le montre le schéma de la Figure 3. Globalement, la viscosité des différentes résines de constitution de la matrice peut être comprise entre 20 et 1000Cps. [0031] La matrice peut être chargée pour renforcer la tenue mécanique du matériau. Les charges peuvent être insérées dans l'une des couches de résine de composition de la matrice ou dans les deux couches. L'ajout des charges dans une résine permet d'améliorer ses propriétés mécaniques et de réduire les phénomènes de rétractation lors de la polymérisation de la résine. Le fait de ne pas mettre de charges permet d'améliorer l'état de surface du matériau, son aspect esthétique et sa résistance à l'usure. La quantité de charge dans la résine influence donc ses propriétés. De préférence, les charges représentent entre 0 et Ref : 0341-NIM03 25% de la masse totale de la matrice, c'est-à-dire 25% de la masse des différentes couches de résine. [0032] Les charges peuvent être organique, telles que par exemple des microsphères phénoliques ou du PVC (Polychlorure de Vinyle), ou minérales, telles que par exemple des microsphères de verre, de silice ou de noir de carbone par exemple. Dans une variante, elles peuvent encore se présenter sous forme de poudre métallique. [0033] Lorsque des fibres 5 de renfort sont incorporées dans le mortier, leur longueur doit prendre en compte la taille des granulats mélangés pour ne pas ajouter de la masse inutilement au matériau. La taille optimale des fibres utilisées doit être comprise entre 0,1 et 60mm. [0034] De préférence, le taux volumique de fibres dans le matériau varie entre 0 et 25%. [0035] La densité du matériau ainsi obtenu varie entre 100 et 600kg/m3. [0036] Le double enrobage des granulats par la matrice est avantageusement réalisé en deux étapes de malaxage successives. Une première étape consiste à mélanger les granulats avec la première résine destinée à former la couche primaire. Le mélange est alors malaxé pendant une durée prédéterminée, de manière à enrober les granulats. Cette résine peut par exemple être chargée en fibres de verre pour améliorer sa résistance mécanique. La durée de malaxage, qui peut durer entre 5min et 1h, ainsi que la durée de chauffage, pour la polymérisation de la résine, dépendent de la résine choisie. [0037] Une fois la première couche de résine polymérisée, le même processus de malaxage et de polymérisation est renouvelé avec une deuxième résine, qui peut être identique ou différente de la première résine. Les granulats sont alors enrobés de la couche secondaire 3. C'est cette couche secondaire 3, une fois polymérisée, qui permet de lier les granulats entre eux. On obtient alors un agglomérat de granulats poreux, non sphériques, enrobés d'une matrice organique, chargée ou non. Ref : 0341-NIM03 [0038] Grâce à ce double enrobage, qui permet d'enrober les granulats sans remplir leurs porosités, puis de les lier entre eux, le matériau composite obtenu a de bonnes propriétés de légèreté. De plus, les porosités n'étant pas remplies et les granulats se touchant, la quantité de résine de constitution de la matrice, nécessaire à l'enrobage, reste faible, ce qui impacte directement sur le coût du matériau composite obtenu et sur sa contribution environnementale. Ainsi, la quantité totale de résine de constitution de la matrice, utilisée pour le double enrobage des granulats, varie entre 5 et 30% de la masse des granulats. {00-391 Dans une variante de réalisation, il est en outre possible, après l'étape de polymérisation de la première résine, d'enduire les granulats d'une ou plusieurs autres couches de résine. Une (De) telle(s) couche(s) additionnelle(s) de résine peut par exemple permettre d'accroitre la mouillabilité entre les première et deuxième couches de résine. Ainsi par exemple, lorsque la première résine utilisée est un polymère thermodurcissable, de type époxy, et que la deuxième résine permettant d'assurer la cohésion de l'ensemble après polymérisation, est un polymère élastomère, de type silicone, une couche de résine peut être intercalée pour augmenter la mouillabilité entre les deux premiers polymères. [0040] La deuxième polymérisation, consistant à chauffer le mélange à la température de polymérisation de la deuxième résine de constitution de la couche secondaire, permet de lier les granulats entre eux et d'assurer la cohésion de l'ensemble. La mise en forme du matériau doit donc être réalisée avant cette deuxième polymérisation. La mise en forme peut être réalisée par calandrage du mortier par exemple. Cette technique sera par exemple utilisée pour former le matériau d'âme d'une structure composite de type sandwich. La mise en forme peut en outre être réalisée par moulage pour former des pièces composites de forme complexe. Elle peut aussi se faire par coulée gravitaire du mortier, pour le remplissage d'enveloppes creuses de forme complexe par exemple. D'autres procédés peuvent être utilisés comme le moulage par secousse, le moulage manuel ou avec des outils manuels, le moulage sous vide par une membrane déformable, le moulage sous pression isostatique sous pression liquide ou gazeuse, le moulage par injection haute ou basse pression, le rotomoulage, le Ref : 0341-NIM03 pressage, le matriçage ou tout autre procédé permettant l'obtention de la forme voulue à partir du mortier de granulats. [0041] Dans une variante de réalisation, la matrice peut être moussante, c'est à dire que l'une au moins des résines de constitution de la matrice peut être moussante. Pour cela la résine peut renfermer un matériau d'expansion comme un gaz préalablement dissout, ou cette même résine peut générer un gaz à partir de sa propre réaction de polymérisation en association ou non à un tiers produit. Dans une variante, au lieu d'introduire un matériau d'expansion dans la résine, on peut aussi introduire des microsphères renfermant du gaz, telles que les microsphères commercialisées par la société Rossow, sous la marque « Expansel » par exemple. Dans ce cas, le gaz gonfle avec une montée en température, notamment lors de la polymérisation de la résine, et entraine ainsi une augmentation du diamètre des microsphères, ce qui conduit à un moussage de la matrice. Ces microsphères peuvent être insérées dans des résines de type epoxy. Un tel matériau, comprenant une matrice moussante, trouve des applications notamment dans le cloisonnement subissant de faibles chocs ou destinés à des applications phoniques. De telles cloisons sont notamment utilisées pour le panneautage ferroviaire intérieur, ou pour les panneaux intérieurs qui encadrent les hublots d'avion etc... [0042] De préférence, une étape supplémentaire de vibration est effectuée avant l'étape de polymérisation de la couche secondaire de résine. Cette étape de vibration peut être réalisée avant ou après l'étape de mise en forme. Les vibrations permettent d'arranger les granulats de manière à combler les espaces inter-granulats et ainsi, d'offrir un ratio résistance mécanique/masse qui est optimal.

L'opération de vibration peut se faire mécaniquement avec une fréquence élevée ou faible (secousses), par ondes ultrasonores ou par tout autre moyen équivalent. [0043] Grâce à ce procédé de fabrication, il est possible de réaliser des pièces composites, de formes plus ou moins complexes, avec ou sans peaux, à base du mortier de granulats qui vient d'être décrit. Le procédé permet également de créer des noyaux destructibles utilisés dans certains procédés de moulage en fonderie ou pour le moulage de pièces composites complexes pour la réalisation de formes Ref : 0341-NIM03 démoulables ou non démoulables. Il permet aussi de créer une superposition de structures sandwich. Cette dernière configuration peut être particulièrement adaptée pour des applications nécessitant une grande résistance au choc et donc une capacité à absorber une grande quantité d'énergie. [0044] La constitution du mortier permet de faire évoluer l'épaisseur ainsi que les caractéristiques du matériau composite final dans des zones spécifiques du matériau à travers une répartition topologique de mortiers de compositions différentes par exemple, cette répartition se faisant de façon manuelle ou automatique. [0045] Le matériau peut en outre constituer un support de fonctions, en y ajoutant des inserts, des évidements, des passages de câbles, des tubes, des actionneurs, des capteurs etc. Cette possibilité de fonctionnalisation permet de réaliser des panneaux fonctionnalisés complexes, par exemple des panneaux sandwich de raideur importante, des panneaux isolant thermiques sur une gamme de températures comprises entre -55°C et 250°C, des panneaux résistant au feu, c'est-à-dire résistant à une température de l'ordre de 1100°C pendant 15min minimum selon la norme IS02685, des panneaux isolant phoniques, et des panneaux résistant aux chocs, pour des énergies allant jusqu'à 100J et une densité de 250kg/m3, soit 0,4J/kg/m3. [0046] Lorsque le matériau composite ne contient pas de constituant métallique, il permet de fabriquer des structures composites qui possèdent de bonnes propriétés d'isolation thermique et phonique, du fait de la succession, au sein de la structure, d'air renfermé dans les porosités et de la matière isolante constituant les granulats. [0047] Exemple 1 : fabrication d'une pièce composite pour mobilier ferroviaire [0048] Dans ce premier exemple de réalisation de mobilier ferroviaire, les granulats sont tout d'abord enrobés, par malaxage, d'une résine polyester afin d'étancher la surface des granulats. Après polymérisation de la résine polyester, les granulats sont ensuite enrobés par malaxage dans une deuxième résine, par exemple une résine vinylester. Une ou les deux résines de constitution de la Ref : 0341-NIM03 matrice peuvent être chargées, par exemple de fibres de verre. Des fibres de renfort peuvent en outre être insérées dans le mortier, par exemple lors de la deuxième opération de malaxage. Ainsi, les charges de la matrice et les fibres de renfort permettent d'améliorer la résistance mécanique du matériau composite final. [0049] Le mortier ainsi obtenu est ensuite mis en forme par pressage uniaxial puis chauffé à la température de polymérisation de la deuxième résine afin de lier les granulats entre eux. Au moment de la mise en forme, les granulats sont soumis à des ondes ultrasonores pour créer des vibrations et réarranger les granulats afin de combler les espaces inter-granulats. La mise en forme peut en outre être réalisée par moulage, ou par coulée gravitaire dans une pièce creuse par exemple. [0050] Le vinylester est une résine résistante mécaniquement et chimiquement. Elle convient donc parfaitement pour la réalisation d'un mobilier ferroviaire qui a besoin d'être non seulement résistant mécaniquement mais aussi résistant chimiquement pour supporter les produits détergeant utilisés pour le nettoyage. [0051] Dans une variante de réalisation, il est possible d'utiliser également la résine polyester en tant que résine secondaire pour lier les granulats entre eux. Dans ce cas, le mobilier réalisable en grande série est encore moins coûteux. Sa résistance mécanique est accrue par la présence de fibres de renfort, et par la présence de charges appropriées dans la matrice. Sa résistance chimique est par contre moins élevée qu'un mobilier comprenant une résine vinyle ester. [0052] Exemple 2 : structure de type sandwich, résistante à la compression, [0053] Dans cet exemple, les granulats peuvent être étanchés par malaxage et polymérisation dans une résine polyester. La résine secondaire utilisée lors du deuxième malaxage, pour lier les granulats entre eux, est par exemple une résine époxy. Une telle résine présente l'avantage d'être très résistante à la compression. De plus, au moment de sa polymérisation, elle forme un adhésif qui permet d'assurer une parfaite liaison entre les granulats et assurer une très bonne cohésion de l'ensemble. Ref : 0341-NIM03 [0054] L'une et/ou l'autre des résines de la matrice peuvent être chargées ou non. De même, lors du deuxième malaxage, des fibres de renfort peuvent être introduites dans le mélange en vue de renforcer mécaniquement le produit fini. [0055] Les matériaux composites ou les structures de type sandwich comprenant un matériau d'âme avec une telle composition peuvent être utilisés pour des applications dans les transports par exemple. [0056] Un matériau composite avec une telle composition peut en outre être utilisé pour fabriquer des pièces de forme complexe ou pour le remplissage de corps creux. Dans ce cas, la polymérisation de la deuxième résine intervient après la mise en forme de la pièce ou après le remplissage du corps creux. Une telle pièce composite trouve des applications dans le domaine du spatial, du ferroviaire, de l'éolien, ou du bâtiment par exemple. Ref : 0341-NIM03

Claims

REVENDICATIONS1. Matériau composite, caractérisé en ce qu'il comprend des granulats (1) poreux, non sphériques et une matrice organique (2, 3).
2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice organique représente entre 5 et 30% de la masse de granulats.
3. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les granulats se touchent.
4. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les granulats sont de tailles différentes, leur taille variant de 0,1 à lOmm.
5. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matrice comprend des charges qui représentent entre 0 et 25% de la masse de la matrice.
6. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les granulats (1) sont enrobés d'une ou plusieurs couches (2, 3) successives de résine, lesdites couches de résine constituant tout ou partie de ladite matrice.
7. Matériau composite selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des fibres (5) de renfort dont la concentration volumique est comprise entre 0 et 25%.
8. Matériau composite selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres (5) de renfort présentent une longueur comprise entre 0,1 et 60mm.
9. Structure composite de type sandwich (10) comprenant un matériau d'âme (8) intercalé entre deux peaux (6,7), caractérisée en ce que le matériau d'âme (8) est conforme au matériau composite selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Pièce composite formée à partir du matériau composite selon l'une des revendications 1 à 8. Ref : 0341-NIM03
11. Procédé de fabrication d'un matériau composite, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - malaxer des granulats (1) poreux et non sphériques, pendant une durée prédéterminée, dans une première résine (2), - chauffer le mélange obtenu à la température de polymérisation de ladite première résine, - malaxer les granulats (1) recouverts de ladite première résine dans une deuxième résine (3) pendant une deuxième durée prédéterminée, - mettre en forme le mélange obtenu, - chauffer ledit mélange préalablement mis en forme à la température de polymérisation de ladite deuxième résine.
12. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, après l'étape de polymérisation de ladite première résine, une étape d'enduction des granulats par au moins une autre couche de résine, apte par exemple à accroitre la mouillabilité entre lesdites première et deuxième résine.
13. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, préalablement à l'étape de polymérisation de ladite deuxième résine, une étape d'arrangement des granulats de manière à combler des espaces inter-granulats.
14. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon la revendication 11, caractérisé en ce la viscosité de la première résine (2) est adaptée à la dimension des porosités (4) des granulats (1), de manière à obturer les porosités sans les remplir. Ref : 0341-NIM03