Les composites renforcés de fibres (FRC) se composent de deux composants ou plus : une matrice et un renfort. La matrice est généralement un polymère, un métal ou une céramique qui lie le renfort et le protège des dommages environnementaux. Le renfort est généralement une fibre — de carbone, de verre ou d’aramide — qui donne au composite sa résistance et sa rigidité.
La fabrication des FRC se décompose en quatre grandes étapes : préparation des fibres, préparation de la matrice, imprégnation des fibres et consolidation du composite.
Préparation des fibres
Cette étape consiste à choisir le type, la forme et l’orientation des fibres utilisées dans le composite. Le type de fibre détermine les propriétés mécaniques et thermiques du composite — résistance à la traction, module, coefficient de dilatation thermique. La forme de la fibre peut être continue ou discontinue, selon la forme et la taille voulues du composite. L’orientation des fibres peut être unidirectionnelle, bidirectionnelle ou multidirectionnelle, selon les conditions de charge et les exigences de conception.
Préparation de la matrice
Cette étape consiste à choisir le type et la forme de la matrice utilisée dans le composite. Le type de matrice influe sur les propriétés chimiques et physiques — résistance à la corrosion, masse volumique, point de fusion. La forme de la matrice peut être liquide ou solide, selon le procédé de mise en œuvre et les conditions de polymérisation. Les matrices liquides sont généralement des polymères thermodurcissables qui exigent de la chaleur ou des agents chimiques pour polymériser et durcir ; les matrices solides sont généralement des polymères thermoplastiques ou des métaux qui exigent chaleur et pression pour fondre et s’écouler.
Imprégnation des fibres
Cette étape associe les fibres et la matrice en une préforme ou un préimprégné. Une préforme est un produit semi-fini ayant la forme et les dimensions du composite final mais pas encore polymérisé ni consolidé. Un préimprégné est une fibre pré-imprégnée, partiellement polymérisée ou stabilisée, qui peut être stockée pour un usage ultérieur. Les méthodes d’imprégnation des fibres par les matrices comprennent la stratification au contact, la projection simultanée, l’enroulement filamentaire, la pultrusion, le moulage par transfert de résine, l’infusion sous vide, le moulage en autoclave, le moulage par compression, le moulage par injection et l’emboutissage.
Consolidation du composite
Cette dernière étape applique chaleur et pression à la préforme ou au préimprégné, ce qui polymérise et lie les fibres et la matrice en un composite solide. La polymérisation fait intervenir des réactions chimiques qui réticulent les molécules de la matrice en un réseau rigide ; la liaison fait intervenir des interactions physiques qui font adhérer fibres et matrice. Ce procédé de consolidation détermine la qualité et la performance du composite — taux de vides, répartition de la résine, fraction volumique de fibres, résistance d’interface et contraintes résiduelles.