Influence de nanoparticules sur l'usinabilité et les propriétés mécaniques des matériaux composites

Les polymères renforcés de fibres (Fiber Reinforced Plastics (FRP)) connaissent actuellement un développement de plus en plus important auprès des industriels. La popularité de ces matériaux vient de leurs très bonnes propriétés mécaniques spécifiques qui permettent la fabrication de structures bien plus légères qu’avec des matériaux traditionnels tels que les métaux. Malgré la large gamme de procédés de fabrication existante pour ces matériaux, des étapes d’usinage sont toujours nécessaires à l’obtention des pièces finales. Cependant, des difficultés sans précèdent sont rencontrés lors de l’usinage des matériaux composites. Ce mémoire regroupe deux études dont le but est d’évaluer la possibilité d’améliorer l’usinabilité par l’ajout d’additifs dans la matrice époxy de composites. Dans la première étude, des polymères renforcés de fibre de carbone (CFRP) ont été fabriqués en incorporant trois charges dans la matrice : de la cire, des nanoargiles et un agent mouillant. Un total de 18 plaques différentes ont été usinées en utilisant un outil en diamant polycristallin (PCD). Dans le but de caractériser l’usinabilité, les efforts de coupe ont été mesurés à l’aide d’une table dynamométrique et les températures de coupe par le biais de thermocouples collés sur l’outil. Des tests de traction, flexion et de cisaillement interlaminaire ont également été exécutés afin de mesurer l’évolution des propriétés mécaniques. Des améliorations sur l’usinabilité sans détériorer les propriétés mécaniques ont été observées, en particulier avec une concentration de 1% de cire et 2% d’argile pour lesquelles elles étaient les plus significatives. La seconde étude porte sur l’influence de graphène sur les polymères renforcés de fibre de verre (GFRP). Des tests d’usinage équivalent à la première étude ont été accomplis avec un outil revêtu de diamant par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). La rugosité a été mesurée sur les surfaces obtenues et des tests de cisaillement interlaminaire ont été réalisés. Les températures et efforts de coupe ainsi que la rugosité a été considérablement baissée par l’ajout de graphène, sans corrompre l’interaction fibre/matrice. Cette étude à permit de démontrer que l’ajout d’additifs dans les FRP est une possibilité à considérer dans l’optique d’en améliorer l’usinabilité. Cette conclusion se montre intéressante pour les industriels, étant donné que l’ajout d’additif peut réduire les coûts de fabrication en baissant l’appariation d’endommagements et en maximisant la durée de vie des outils