1 Application principale
Le roving non torsadé, utilisé au quotidien, présente une structure simple et est composé de monofilaments parallèles rassemblés en faisceaux. On distingue deux types de roving : sans alcali et moyennement alcalin, principalement en fonction de la composition du verre. Pour obtenir un roving de qualité, le diamètre des fibres de verre doit être compris entre 12 et 23 µm. Grâce à ses caractéristiques, il peut être directement utilisé dans la formation de certains matériaux composites, notamment par bobinage et pultrusion. Il peut également être tissé en tissus de roving, notamment grâce à sa tension très uniforme. De plus, le champ d'application du roving coupé est très vaste.
1.1.1Mèche sans torsion pour le jet
Dans le processus de moulage par injection FRP, la mèche sans torsion doit avoir les propriétés suivantes :
(1) Étant donné qu'une coupe continue est nécessaire dans la production, il est nécessaire de garantir que moins d'électricité statique est générée pendant la coupe, ce qui nécessite de bonnes performances de coupe.
(2) Après la coupe, la production de soie brute est garantie, ce qui garantit une efficacité de formation élevée. L'efficacité de la dispersion de la mèche en brins après la coupe est également supérieure.
(3) Après avoir été coupé, pour garantir que le fil brut puisse être entièrement recouvert sur le moule, le fil brut doit avoir un bon revêtement de film.
(4) Parce qu'il est nécessaire de pouvoir rouler facilement à plat pour faire sortir les bulles d'air, il est nécessaire d'infiltrer la résine très rapidement.
(5) En raison des différents modèles de divers pistolets de pulvérisation, afin de s'adapter à différents pistolets de pulvérisation, assurez-vous que l'épaisseur du fil brut est modérée.
1.1.2Roving sans torsion pour SMC
Le SMC, également appelé composé de moulage de feuilles, est omniprésent dans la vie quotidienne, notamment dans les célèbres pièces automobiles, les baignoires et divers sièges utilisant des stratifils SMC. En production, les stratifils SMC doivent répondre à de nombreuses exigences. Il est nécessaire d'assurer une bonne fragilité, de bonnes propriétés antistatiques et une faible teneur en laine pour garantir la qualité de la feuille SMC produite. Pour les SMC colorés, les exigences relatives aux stratifils sont différentes : ils doivent pouvoir pénétrer facilement dans la résine contenant les pigments. Le roving SMC en fibre de verre le plus courant est de 2 400 tex, et il existe également des cas où il atteint 4 800 tex.
1.1.3mèche non torsadée pour bobinage
Afin de fabriquer des tubes en PRF de différentes épaisseurs, la méthode d'enroulement en cuve de stockage a été mise au point. Le roving destiné à l'enroulement doit présenter les caractéristiques suivantes :
(1) Il doit être facile à coller, généralement sous la forme d'un ruban plat.
(2) Étant donné que la mèche générale non torsadée a tendance à tomber de la boucle lorsqu'elle est retirée de la bobine, il faut s'assurer que sa dégradabilité est relativement bonne et que la soie résultante ne peut pas être aussi salissante qu'un nid d'oiseau.
(3) La tension ne peut pas être soudainement grande ou petite, et le phénomène de surplomb ne peut pas se produire.
(4) L'exigence de densité linéaire pour la mèche non torsadée doit être uniforme et inférieure à la valeur spécifiée.
(5) Afin de garantir qu'il est facile d'être mouillé lors du passage à travers le réservoir de résine, la perméabilité du roving doit être bonne.
Le procédé de pultrusion est largement utilisé dans la fabrication de divers profilés de sections transversales constantes. Le roving utilisé pour la pultrusion doit garantir une teneur élevée en fibres de verre et une résistance unidirectionnelle élevée. Le roving utilisé en production est une combinaison de plusieurs brins de soie grège, et certains peuvent également être des rovings directs, les deux étant possibles. Ses autres exigences de performance sont similaires à celles des rovings bobinés.
1.1.5 Roving sans torsion pour le tissage
Dans la vie quotidienne, on rencontre des tissus vichy d'épaisseurs différentes ou des mèches dans le même sens, qui illustrent une autre utilisation importante de la mèche : le tissage. La mèche utilisée est également appelée mèche pour le tissage. La plupart de ces tissus sont utilisés pour le moulage manuel de PRF. Le tissage de mèches exige les exigences suivantes :
(1) Il est relativement résistant à l’usure.
(2) Facile à coller.
(3) Parce qu'il est principalement utilisé pour le tissage, il doit y avoir une étape de séchage avant le tissage.
(4) En termes de tension, il est principalement veillé à ce qu'elle ne puisse pas varier brusquement, qu'elle soit uniforme et qu'elle réponde à certaines conditions en termes de porte-à-faux.
(5) La dégradabilité est meilleure.
(6) Il est facile d'être infiltré par la résine lors du passage dans le réservoir de résine, la perméabilité doit donc être bonne.
1.1.6 Roving sans torsion pour préforme
Le procédé dit de préformage consiste généralement à préformer le produit après des étapes appropriées. Lors de la production, nous coupons d'abord la mèche, puis la pulvérisons sur le filet, lequel doit avoir une forme prédéterminée. Ensuite, nous pulvérisons de la résine pour le façonner. Enfin, le produit formé est placé dans le moule, où la résine est injectée puis pressée à chaud pour obtenir le produit. Les exigences de performance des mèches préformées sont similaires à celles des mèches à jet.
1.2 Tissu mèche en fibre de verre
Il existe de nombreux tissus en mèche, et le vichy en fait partie. Dans le procédé de stratification manuelle des PRF, le vichy est largement utilisé comme support principal. Pour accroître la résistance du vichy, il est nécessaire de modifier le sens de la chaîne et de la trame du tissu, ce qui permet d'obtenir un vichy unidirectionnel. Pour garantir la qualité du tissu à carreaux, les caractéristiques suivantes doivent être garanties.
(1) Pour le tissu, il doit être plat dans son ensemble, sans renflements, les bords et les coins doivent être droits et il ne doit pas y avoir de traces de saleté.
(2) La longueur, la largeur, la qualité, le poids et la densité du tissu doivent répondre à certaines normes.
(3) Les filaments de fibre de verre doivent être enroulés soigneusement.
(4) Pouvoir être rapidement infiltré par la résine.
(5) La sécheresse et l’humidité des tissus tissés dans divers produits doivent répondre à certaines exigences.
1.3 Tapis en fibre de verre
1.3.1Tapis à fils coupés
Les fils de verre sont d'abord coupés et répartis sur la bande de maille préparée. Le liant est ensuite ajouté, puis chauffé pour fondre, puis refroidi pour solidifier. Le mat de fils coupés est alors formé. Les mats de fibres de fils coupés sont utilisés pour le laminage manuel et le tissage des membranes SMC. Afin d'optimiser leur efficacité, les exigences de production sont les suivantes :
(1) L'ensemble du tapis de fils coupés est plat et uniforme.
(2) Les trous du tapis à fils coupés sont petits et de taille uniforme
(4) Répondre à certaines normes.
(5) Il peut être rapidement saturé de résine.
1.3.2 Tapis à brins continus
Les fils de verre sont disposés à plat sur la bande maillée selon certaines exigences. Généralement, ils doivent être disposés à plat en forme de 8. On saupoudre ensuite de la colle en poudre et on chauffe pour durcir. Les mats à fils continus sont bien supérieurs aux mats à fils coupés pour le renforcement des matériaux composites, principalement grâce à la continuité des fibres de verre. Grâce à leur meilleur effet de renforcement, ils sont utilisés dans divers procédés.
1.3.3Tapis de surface
L'utilisation de mats de surface est également courante au quotidien, notamment pour la couche de résine des produits PRF, un mat de surface en verre moyennement alcalin. Prenons l'exemple du PRF : sa composition en verre moyennement alcalin lui confère une stabilité chimique. De plus, sa légèreté et sa finesse lui permettent d'absorber davantage de résine, ce qui lui confère non seulement un effet protecteur, mais aussi esthétique.
1.3.4Tapis à aiguilles
Les tapis aiguilletés se divisent principalement en deux catégories : la première est l'aiguilletage à fibres coupées. Le procédé de fabrication est relativement simple : la fibre de verre est d'abord coupée d'environ 5 cm, répartie de manière aléatoire sur le matériau de base, puis placée sur le tapis convoyeur. Le substrat est ensuite percé à l'aide d'une aiguille à crochet. Grâce à l'effet de l'aiguille, les fibres pénètrent dans le substrat et forment une structure tridimensionnelle. Le substrat sélectionné doit également présenter des exigences particulières et un toucher moelleux. Les tapis aiguilletés sont largement utilisés dans les matériaux d'isolation phonique et thermique en raison de leurs propriétés. Ils peuvent également être utilisés dans les PRF, mais leur utilisation n'est pas encore généralisée en raison de leur faible résistance et de leur tendance à la rupture. L'autre type de tapis aiguilleté est appelé tapis aiguilleté à filaments continus, dont le procédé de fabrication est également très simple. Le filament est d'abord projeté de manière aléatoire sur un tapis à mailles préalablement préparé à l'aide d'un dispositif de projection de fil. De même, une aiguille à crochet est utilisée pour l'acupuncture afin de former une structure fibreuse tridimensionnelle. Dans les thermoplastiques renforcés de fibres de verre, les tapis à aiguilles à brins continus sont bien utilisés.
Les fibres de verre coupées peuvent être transformées en deux formes différentes, d'une longueur donnée, grâce à la couture de la machine de couture-liage. La première forme est un mat à fils coupés, qui remplace efficacement un mat à fils coupés liés par un liant. La seconde forme est un mat à fibres longues, qui remplace un mat à fils continus. Ces deux formes présentent un avantage commun : elles n'utilisent pas d'adhésifs lors de leur production, évitant ainsi pollution et gaspillage, et répondant aux préoccupations d'économie des ressources et de protection de l'environnement.
1.4 Fibres broyées
Le procédé de production de fibres broyées est très simple. Il suffit d'utiliser un broyeur à marteaux ou à boulets pour y introduire des fibres hachées. Le broyage et le déchiquetage des fibres ont également de nombreuses applications en production. Lors du procédé d'injection-réaction, les fibres broyées servent de renfort et présentent des performances nettement supérieures à celles des autres fibres. Afin d'éviter les fissures et d'améliorer le retrait lors de la fabrication de produits moulés, les fibres broyées peuvent être utilisées comme charges.
1.5 Tissu en fibre de verre
1.5.1Tissu de verre
Il s'agit d'un type de tissu en fibre de verre. Les tissus de verre produits varient selon les régions. En Chine, on distingue principalement deux types de tissus : les tissus sans alcali et les tissus moyennement alcalins. Leurs applications sont très variées : carrosseries de véhicules, coques, réservoirs de stockage, etc. Le tissu moyennement alcalin offre une meilleure résistance à la corrosion, ce qui le rend largement utilisé dans la production d'emballages et de produits résistants à la corrosion. Pour évaluer les caractéristiques des tissus en fibre de verre, il faut se baser sur quatre critères : les propriétés de la fibre elle-même, la structure du fil, le sens de la chaîne et de la trame, et le motif du tissu. Dans le sens de la chaîne et de la trame, la densité dépend de la structure du fil et du motif du tissu. Les propriétés physiques du tissu dépendent de la densité de la chaîne et de la trame, ainsi que de la structure du fil.
1.5.2 Ruban de verre
Le ruban de verre se divise principalement en deux catégories : le premier type est la lisière, le second type est la lisière non tissée, tissée selon le motif d'une armure toile. Les rubans de verre peuvent être utilisés pour les composants électriques nécessitant des propriétés diélectriques élevées, notamment pour les équipements électriques à haute résistance.
1.5.3 Tissu unidirectionnel
Les tissus unidirectionnels de la vie quotidienne sont tissés à partir de deux fils d'épaisseurs différentes, et les tissus résultants ont une résistance élevée dans la direction principale.
1.5.4 Tissu tridimensionnel
Le tissu tridimensionnel diffère de la structure du tissu plan. Il est tridimensionnel, ce qui lui confère une meilleure performance que celle des fibres planes classiques. Le matériau composite tridimensionnel renforcé de fibres présente des avantages que les autres matériaux composites renforcés de fibres n'ont pas. Grâce à sa structure tridimensionnelle, l'effet global est meilleur et la résistance aux dommages est renforcée. Avec le développement des sciences et des technologies, la demande croissante dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de la marine a permis à cette technologie de gagner en maturité, et elle occupe désormais une place importante dans le domaine des équipements sportifs et médicaux. Les types de tissus tridimensionnels se divisent principalement en cinq catégories, et leurs formes sont très variées. Le potentiel de développement des tissus tridimensionnels est donc immense.
1.5.5 Tissu façonné
Les tissus façonnés sont utilisés pour renforcer les matériaux composites. Leur forme dépend principalement de celle de l'objet à renforcer et, pour garantir leur conformité, ils doivent être tissés sur une machine dédiée. En production, nous pouvons réaliser des formes symétriques ou asymétriques avec peu de contraintes et de belles perspectives.
1.5.6 Tissu à âme rainurée
La fabrication du tissu à âme rainurée est relativement simple. Deux couches de tissu sont disposées parallèlement, puis reliées par des barres verticales. Leurs sections transversales sont garanties comme des triangles ou des rectangles réguliers.
1.5.7 Tissu cousu en fibre de verre
Il s'agit d'un tissu très particulier, parfois appelé tapis tricoté ou tapis tissé, mais il ne s'agit pas du tissu et du tapis que nous connaissons habituellement. Il convient de noter qu'il existe un tissu cousu, dont les fils ne sont pas tissés ensemble par la chaîne et la trame, mais se chevauchent alternativement.
1.5.8 Manchon isolant en fibre de verre
Le processus de production est relativement simple. Des fils de fibre de verre sont d'abord sélectionnés, puis tissés en forme tubulaire. Ensuite, selon les exigences de qualité d'isolation, les produits souhaités sont fabriqués en les enduisant de résine.
1.6 Combinaison de fibres de verre
Avec le développement rapide des expositions scientifiques et technologiques, la technologie de la fibre de verre a également connu des progrès significatifs, et divers produits en fibre de verre ont fait leur apparition de 1970 à nos jours. Voici les principaux produits :
(1) Mat à fils coupés + mèche non torsadée + mat à fils coupés
(2) Tissu mèche non torsadé + tapis à fils coupés
(3) Tapis à fils coupés + tapis à fils continus + tapis à fils coupés
(4) Tapis de rapport original haché + mèche aléatoire
(5) Fibre de carbone unidirectionnelle + tapis ou tissu à fils coupés
(6) Tapis de surface + brins coupés
(7) Tissu de verre + tige fine de verre ou mèche unidirectionnelle + tissu de verre
1.7 Tissu non tissé en fibre de verre
Cette technologie n'a pas été découverte dans mon pays. La première a été produite en Europe. Plus tard, grâce aux migrations humaines, elle a été introduite aux États-Unis, en Corée du Sud et dans d'autres pays. Afin de promouvoir le développement de l'industrie de la fibre de verre, mon pays a créé plusieurs usines de taille relativement importante et a investi massivement dans la mise en place de plusieurs lignes de production de pointe. Dans mon pays, les mats de fibre de verre par voie humide se répartissent principalement en plusieurs catégories :
(1) Le tapis de toiture joue un rôle clé dans l'amélioration des propriétés des membranes d'asphalte et des bardeaux d'asphalte colorés, les rendant plus excellents.
(2) Tapis de tuyauterie : Comme son nom l'indique, ce produit est principalement utilisé dans les pipelines. Grâce à sa résistance à la corrosion, la fibre de verre protège efficacement les pipelines.
(3) Le tapis de surface est principalement utilisé sur la surface des produits FRP pour le protéger.
(4) Le placage est principalement utilisé pour les murs et les plafonds, car il empêche efficacement la peinture de se fissurer. Il rend les murs plus plats et évite les travaux de finition pendant de nombreuses années.
(5) Le tapis de sol est principalement utilisé comme matériau de base dans les sols en PVC
(6) Tapis de sol ; comme matériau de base dans les tapis.
(7) Le tapis stratifié plaqué de cuivre fixé au stratifié plaqué de cuivre peut améliorer ses performances de poinçonnage et de perçage.
2 Applications spécifiques de la fibre de verre
2.1 Principe de renforcement du béton renforcé de fibres de verre
Le principe du béton renforcé de fibres de verre est très similaire à celui des matériaux composites renforcés de fibres de verre. En ajoutant des fibres de verre au béton, celles-ci supportent les contraintes internes du matériau, retardant ou empêchant ainsi l'expansion des microfissures. Lors de la formation de fissures dans le béton, le matériau, agissant comme agrégat, prévient leur apparition. Si l'effet d'agrégat est suffisant, les fissures ne peuvent ni se dilater ni pénétrer. Le rôle de la fibre de verre dans le béton est d'agréger, ce qui peut efficacement empêcher la formation et l'expansion des fissures. Lorsque la fissure se propage à proximité des fibres de verre, celles-ci bloquent sa progression, forçant ainsi la fissure à suivre un détour, augmentant ainsi sa zone d'expansion et, par conséquent, l'énergie nécessaire à son endommagement.
2.2 Mécanisme de destruction du béton renforcé de fibres de verre
Avant la rupture du béton renforcé de fibres de verre, la force de traction qu'il subit est principalement partagée entre le béton et la fibre de verre. Lors de la fissuration, la contrainte est transmise du béton à la fibre de verre adjacente. Si la force de traction continue d'augmenter, la fibre de verre sera endommagée, principalement par cisaillement, traction et arrachement.
2.2.1 Rupture par cisaillement
La contrainte de cisaillement supportée par le béton renforcé de fibres de verre est partagée entre la fibre de verre et le béton. Cette contrainte est transmise à la fibre de verre par le béton, ce qui peut endommager sa structure. Cependant, la fibre de verre présente des avantages. Sa grande longueur et sa faible surface de résistance au cisaillement rendent son amélioration de la résistance au cisaillement faible.
2.2.2 Rupture par tension
Lorsque la force de traction de la fibre de verre dépasse un certain seuil, celle-ci se rompt. Si le béton se fissure, la fibre de verre s'allongera sous l'effet de la déformation en traction, son volume latéral se rétractera et la force de traction accélérera la rupture.
2.2.3 Dommages par arrachement
Une fois le béton brisé, la force de traction de la fibre de verre sera considérablement augmentée et la force de traction sera supérieure à la force entre la fibre de verre et le béton, de sorte que la fibre de verre sera endommagée puis arrachée.
2.3 Propriétés de flexion du béton renforcé de fibres de verre
Lorsque le béton armé supporte la charge, sa courbe contrainte-déformation est divisée en trois phases distinctes à partir d'une analyse mécanique, comme illustré sur la figure. Première phase : la déformation élastique se produit jusqu'à l'apparition de la fissure initiale. La principale caractéristique de cette phase est que la déformation augmente linéairement jusqu'au point A, qui représente la résistance initiale à la fissuration du béton renforcé de fibres de verre. Deuxième phase : une fois le béton fissuré, la charge qu'il supporte est transférée aux fibres adjacentes, et la capacité portante est déterminée en fonction de la fibre de verre elle-même et de la force de liaison avec le béton. Le point B représente la résistance ultime à la flexion du béton renforcé de fibres de verre. Troisième phase : une fois la résistance ultime atteinte, la fibre de verre se rompt ou est arrachée, tandis que les fibres restantes peuvent encore supporter une partie de la charge, garantissant ainsi l'absence de rupture fragile.
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Date de publication : 06/07/2022
