1 Application principale
Le roving non torsadé que l'on utilise au quotidien possède une structure simple et se compose de monofilaments parallèles regroupés en faisceaux. On distingue deux types de roving non torsadé : sans alcali et moyennement alcalin, principalement en fonction de la composition du verre. Pour obtenir des rovings de verre de qualité, le diamètre des fibres de verre utilisées doit être compris entre 12 et 23 µm. Grâce à ses caractéristiques, il peut être utilisé directement dans la fabrication de certains matériaux composites, notamment par bobinage et pultrusion. Il peut également être tissé en tissus, notamment grâce à sa tension très uniforme. De plus, le roving coupé trouve de nombreuses applications.
1.1.1Mèche sans torsion pour jet d'eau
Dans le procédé de moulage par injection de PRV, le roving sans torsion doit présenter les propriétés suivantes :
(1) Étant donné que la production nécessite une coupe continue, il est nécessaire de veiller à ce que moins d'électricité statique soit générée pendant la coupe, ce qui requiert de bonnes performances de coupe.
(2) Après la coupe, la production de soie brute est optimisée, garantissant ainsi un rendement élevé de la formation de la soie. L'efficacité de la dispersion du ruban en brins après la coupe est également accrue.
(3) Après la coupe, 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 doit être facile à étaler à plat pour éliminer les bulles d'air, il doit s'infiltrer très rapidement dans la résine.
(5)En raison des différents modèles de pistolets de pulvérisation, afin de convenir à différents pistolets de pulvérisation, assurez-vous que l'épaisseur du fil brut est modérée.
1.1.2Mèche sans torsion pour SMC
Le SMC, également connu sous le nom de Sheet Molding Compound (composé moulé en feuille), est omniprésent, notamment dans la fabrication de pièces automobiles, de baignoires et de sièges. La production de SMC est soumise à des exigences strictes concernant les mèches. Il est essentiel de garantir une bonne irrégularité de la fibre, de bonnes propriétés antistatiques et une faible teneur en fibres pour obtenir une feuille de SMC de qualité. Pour le SMC coloré, les exigences relatives aux mèches sont différentes : elles doivent notamment permettre une bonne pénétration des pigments dans la résine. Généralement, les mèches de SMC en fibre de verre ont un indice de 2 400 tex, mais on trouve également des mèches de 4 800 tex.
1.1.3Mèche non torsadée pour bobinage
Pour fabriquer des tubes en PRV d'épaisseurs différentes, on a mis au point la méthode d'enroulement par réservoir de stockage. Le roving utilisé pour 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 le ruban non torsadé général a tendance à tomber de la boucle lorsqu'il est retiré de la bobine, il faut s'assurer que sa dégradabilité est relativement bonne et que la soie résultante ne peut pas être aussi désordonnée 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 les mèches non torsadées doit être uniforme et inférieure à la valeur spécifiée.
(5) Afin de garantir qu'il soit facile à mouiller lors de son passage dans le réservoir de résine, la perméabilité du roving doit être bonne.
1.1.4Mouillage pour pultrusion
Le procédé de pultrusion est largement utilisé pour la fabrication de profilés variés à section transversale constante. Le ruban de pultrusion doit présenter une teneur élevée en fibres de verre et une résistance unidirectionnelle importante. Ce ruban est généralement composé de plusieurs brins de soie brute, mais il peut également s'agir de rubans directs. Ses autres exigences de performance sont similaires à celles des rubans d'enroulement.
1.1.5 Mèche sans torsion pour le tissage
Au quotidien, on rencontre des tissus vichy d'épaisseurs variables ou des mèches tissées dans le même sens, illustrant une autre utilisation importante de la mèche : le tissage. On appelle également mèche de tissage cette mèche. La plupart de ces tissus sont utilisés dans le moulage FRP par stratification manuelle. Pour tisser les mèches, les exigences suivantes doivent être respectées :
(1) Il est relativement résistant à l'usure.
(2) Facile à scotcher.
(3) Parce qu’il est principalement utilisé pour le tissage, il doit y avoir une étape de séchage avant le tissage.
(4) En ce qui concerne la tension, il faut principalement veiller à ce qu'elle ne soit ni trop forte ni trop faible, et qu'elle reste uniforme. Il convient également de respecter certaines conditions relatives au porte-à-faux.
(5) La dégradabilité est meilleure.
(6) Il est facile d'être infiltré par la résine lors du passage à travers le réservoir de résine, la perméabilité doit donc être bonne.
1.1.6 Mèche sans torsion pour préforme
Le procédé dit de préformage consiste généralement en une étape de préformation, le produit étant obtenu après plusieurs étapes. En production, on commence par couper le roving, puis on projette les fibres coupées sur un filet de forme prédéfinie. On projette ensuite de la résine pour lui donner sa forme. Enfin, le produit ainsi formé est placé dans le moule, la résine est injectée, puis le tout est pressé à chaud pour obtenir le produit final. Les exigences de performance des rovings de préformage sont similaires à celles des rovings pour jet d'encre.
1.2 Tissu en mèches de fibres de verre
Il existe de nombreux tissus à carreaux, dont le vichy. Dans le procédé de stratification manuelle de composites à fibres de verre (FRP), le vichy est largement utilisé comme substrat principal. Pour renforcer le vichy, il faut inverser le sens de la chaîne et de la trame, ce qui permet d'obtenir un vichy unidirectionnel. Afin de garantir la qualité du tissu à carreaux, les caractéristiques suivantes doivent être respectées.
(1) Le tissu doit être plat dans son ensemble, sans bosses, les bords et les coins doivent être droits et il ne doit pas y avoir de marques sales.
(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 proprement.
(4) Être capable d’être rapidement infiltré par la résine.
(5) Le degré de sécheresse et d’humidité des tissus tissés dans divers produits doit répondre à certaines exigences.
1.3 Mat de fibres de verre
1.3.1tapis à brins coupés
Commencez par hacher les fibres de verre et par les répartir sur la bande de maille préparée. Saupoudrez ensuite le liant, chauffez-le pour le faire fondre, puis laissez-le refroidir pour le solidifier ; vous obtenez ainsi la natte de fibres hachées. Ces nattes sont utilisées dans le procédé de stratification manuelle et dans le tissage des membranes SMC. Afin d'optimiser l'utilisation de la natte de fibres hachées, les exigences de production sont les suivantes.
(1) L'ensemble du tapis de brins coupés est plat et uniforme.
(2) Les trous du tapis de fibres coupées 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 fibres de verre sont disposées à plat sur le tapis à mailles selon des spécifications précises. Généralement, on préconise une disposition en forme de 8. On saupoudre ensuite de la colle en poudre et on chauffe pour polymériser. Les nattes de fibres continues sont nettement supérieures aux nattes de fibres coupées pour le renforcement des matériaux composites, principalement grâce à la continuité des fibres de verre. De ce fait, elles sont utilisées dans de nombreux procédés.
1.3.3Tapis de surface
L'utilisation de la natte de surface est également courante dans la vie quotidienne, notamment pour la couche de résine des produits en PRV (polyester renforcé de fibres de verre), où elle est généralement constituée d'une natte de surface en verre moyennement alcalin. Prenons l'exemple du PRV : grâce à sa natte de surface en verre moyennement alcalin, le PRV est chimiquement stable. De plus, sa finesse et sa légèreté lui permettent d'absorber davantage de résine, assurant ainsi une protection optimale et un aspect esthétique.
1.3.4Tapis à aiguilles
Les nattes aiguilletées se divisent principalement en deux catégories : les nattes aiguilletées à fibres coupées et les nattes aiguilletées à filaments continus. Le procédé de fabrication est relativement simple : des fibres de verre d'environ 5 cm sont coupées, puis réparties aléatoirement sur un support. Ce support est ensuite placé sur un convoyeur et perforé à l'aide d'une aiguille à crochet. Sous l'effet de l'aiguille, les fibres pénètrent dans le support et forment une structure tridimensionnelle. Le support choisi doit présenter un toucher duveteux. Grâce à leurs propriétés, les nattes aiguilletées sont largement utilisées dans l'isolation phonique et thermique. Elles peuvent également être utilisées dans les matériaux composites à fibres de verre (FRP), mais leur utilisation reste limitée en raison de la faible résistance et de la fragilité du produit obtenu. La seconde catégorie, les nattes aiguilletées à filaments continus, est également assez simple à fabriquer. Les filaments sont d'abord projetés aléatoirement sur un tapis à mailles préalablement préparé à l'aide d'un dispositif de projection. Une aiguille à crochet est ensuite utilisée pour insérer les fibres et former une structure tridimensionnelle. Dans les thermoplastiques renforcés de fibres de verre, les nattes à aiguilles à brins continus sont largement utilisées.
Grâce à l'action de couture d'une machine de liage par couture, les fibres de verre coupées peuvent être transformées en deux formes différentes, dans une certaine plage de longueurs. La première forme est un mat de fibres coupées, qui remplace efficacement un mat de fibres coupées liées par un liant. La seconde est un mat de fibres longues, qui remplace le mat de fibres continues. Ces deux formes présentent un avantage commun : elles ne nécessitent aucun adhésif lors de leur fabrication, ce qui évite la pollution et le gaspillage, et répond à la volonté de préserver les ressources et l'environnement.
1.4 Fibres broyées
Le procédé de production de fibres broyées est très simple. Il suffit d'introduire des fibres coupées dans un broyeur à marteaux ou à boulets. Le broyage des fibres trouve de nombreuses applications industrielles. Lors du moulage par injection, les fibres broyées servent de renfort et leurs performances sont nettement supérieures à celles des fibres non broyées. Elles peuvent également être utilisées comme charges pour éviter les fissures et limiter le retrait lors de la fabrication de pièces moulées.
1.5 Tissu en fibre de verre
1.5.1Tissu de verre
Il s'agit d'un tissu en fibre de verre. La qualité des tissus de verre varie selon les régions. En Chine, on distingue principalement deux types de tissus de verre : les tissus sans alcali et les tissus moyennement alcalins. Les applications des tissus de verre sont très nombreuses ; on peut citer, par exemple, les carrosseries de véhicules, les coques de bateaux et les réservoirs de stockage. Les tissus moyennement alcalins, quant à eux, offrent une meilleure résistance à la corrosion et sont donc largement utilisés dans la fabrication d'emballages et de produits anticorrosion. Pour évaluer les caractéristiques des tissus en fibre de verre, il convient de considérer quatre aspects principaux : les propriétés de la fibre elle-même, la structure du fil de fibre de verre, le sens de la chaîne et de la trame, et le motif du tissu. La densité du fil dépend du sens de la chaîne et de la trame, ainsi que du motif du tissu. Les propriétés physiques du tissu dépendent de cette densité et de la structure du fil de fibre de verre.
1.5.2 Ruban de verre
Les rubans de verre se divisent principalement en deux catégories : les rubans à lisière et les rubans à lisière non tissée, tissés selon un motif de toile. Les rubans de verre peuvent être utilisés pour la fabrication de composants électriques exigeant des propriétés diélectriques élevées, notamment pour des pièces d'équipements électriques à haute résistance.
1.5.3 Tissu unidirectionnel
Les tissus unidirectionnels utilisés au quotidien sont tissés à partir de deux fils d'épaisseurs différentes, et les tissus obtenus présentent une résistance élevée dans la direction principale.
1.5.4 Tissu tridimensionnel
Le tissu tridimensionnel diffère du tissu plan par sa structure tridimensionnelle, ce qui lui confère des performances supérieures à celles des fibres planes classiques. Les matériaux composites renforcés par des fibres tridimensionnelles présentent des avantages uniques. Grâce à cette structure tridimensionnelle, l'effet global est amélioré et la résistance aux dommages est accrue. Le développement scientifique et technologique, conjugué à la demande croissante dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de la construction navale, a permis à cette technologie de gagner en maturité et de trouver désormais sa place dans le domaine des équipements sportifs et médicaux. Les tissus tridimensionnels se répartissent principalement en cinq catégories et se déclinent en de nombreuses formes. Le potentiel de développement de ces tissus est donc immense.
Tissu profilé 1.5.5
Les tissus profilés 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 bonnes perspectives.
1.5.6 Tissu à âme rainurée
La fabrication du tissu à âme rainurée est également relativement simple. Deux couches de tissu sont placées parallèlement, puis reliées par des barres verticales, et leurs sections transversales sont garanties d'être des triangles ou des rectangles réguliers.
1.5.7 Tissu cousu en fibre de verre
Il s'agit d'un tissu très particulier, que l'on appelle aussi tapis tricoté ou tapis tissé, mais il ne s'agit pas d'un tissu ou d'un tapis au sens habituel du terme. Il convient de mentionner qu'il existe un tissu cousu, qui n'est pas tissé avec des fils de chaîne et de trame, mais où les fils de chaîne et de trame sont alternativement superposés.
1.5.8 Manchon isolant en fibre de verre
Le procédé de fabrication est relativement simple. On sélectionne d'abord des fils de fibre de verre, puis on les tisse en forme tubulaire. Ensuite, selon les exigences en matière d'isolation, on obtient les produits souhaités en les enduisant de résine.
1.6 Combinaison de fibres de verre
Avec le développement rapide des expositions scientifiques et techniques, la technologie de la fibre de verre a également connu des progrès significatifs, et divers produits en fibre de verre ont vu le jour depuis 1970. On peut généralement les classer comme suit :
(1) Tapis de fibres coupées + mèche non torsadée + tapis de fibres coupées
(2) Tissu à mèches non torsadées + natte à fibres coupées
(3) Tapis à fibres coupées + tapis à fibres continues + tapis à fibres coupées
(4) Mèche aléatoire + tapis de rapport d'origine haché
(5) Fibre de carbone unidirectionnelle + tapis ou tissu à fibres coupées
(6) Tapis de surface + brins coupés
(7) Tissu de verre + tige mince 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. Les premières versions ont été produites en Europe. Plus tard, en raison des migrations humaines, elle a été diffusée 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 relativement importantes et a investi massivement dans la mise en place de lignes de production de pointe. Dans mon pays, les nattes de fibre de verre tissées par voie humide se répartissent principalement dans les catégories suivantes :
(1) La natte de toiture joue un rôle clé dans l'amélioration des propriétés des membranes d'asphalte et des bardeaux d'asphalte colorés, les rendant plus excellentes.
(2) Tapis de protection pour canalisations : Comme son nom l’indique, ce produit est principalement utilisé dans les canalisations. Grâce à sa résistance à la corrosion, la fibre de verre protège efficacement les canalisations contre la corrosion.
(3) Le tapis de surface est principalement utilisé sur la surface des produits en PRV pour la protéger.
(4) Le placage est principalement utilisé pour les murs et les plafonds car il empêche efficacement la peinture de craqueler. Il permet d'obtenir des murs plus lisses et ne nécessite pas de retouches pendant de nombreuses années.
(5) Le tapis de sol est principalement utilisé comme matériau de base pour les sols en PVC.
(6) Tapis de sol ; comme matériau de base dans les tapis.
(7) Le tapis stratifié cuivré fixé au stratifié cuivré peut améliorer ses performances de poinçonnage et de perçage.
2 Applications spécifiques de la fibre de verre
2.1 Principe de renforcement du béton armé de fibres de verre
Le principe du béton armé de fibres de verre est très similaire à celui des matériaux composites renforcés de fibres de verre. Tout d'abord, l'ajout de fibres de verre au béton permet à ces dernières de supporter les contraintes internes du matériau, retardant ainsi, voire empêchant, la propagation des microfissures. Lors de la formation de fissures dans le béton, les granulats empêchent leur apparition. Si leur effet est suffisamment efficace, les fissures ne peuvent ni s'étendre ni se propager. Le rôle des fibres de verre dans le béton est celui de granulats, empêchant efficacement la formation et la propagation des fissures. Lorsque la fissure se propage à proximité des fibres de verre, celles-ci bloquent sa progression, la forçant à emprunter un chemin détourné. Par conséquent, la zone d'expansion de la fissure augmente, et donc l'énergie nécessaire à sa rupture.
2.2 Mécanisme de destruction du béton armé de fibres de verre
Avant la rupture du béton armé de fibres de verre, la force de traction qu'il supporte est principalement répartie entre le béton et les fibres de verre. Lors de la fissuration, la contrainte se transmet du béton aux fibres de verre adjacentes. Si la force de traction continue d'augmenter, les fibres de verre s'endommagent, principalement par cisaillement, par traction ou par arrachement.
2.2.1 Rupture par cisaillement
La contrainte de cisaillement supportée par le béton armé de fibres de verre est partagée entre les fibres et le béton. Cette contrainte est transmise aux fibres par le biais du béton, ce qui peut endommager la structure en fibres de verre. Cependant, les fibres de verre présentent des avantages intrinsèques : leur grande longueur et leur faible section de cisaillement limitent l’amélioration de la résistance au cisaillement qu’elles apportent.
2.2.2 Rupture par tension
Lorsque la force de traction appliquée à la fibre de verre dépasse un certain seuil, celle-ci se rompt. Si le béton se fissure, la fibre de verre s'allonge excessivement sous l'effet de la déformation, son volume latéral se réduit et la rupture est d'autant plus rapide que la force de traction est importante.
2.2.3 Dommages d'arrachement
Une fois le béton fissuré, la force de traction de la fibre de verre sera considérablement augmentée et 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
Lorsqu'un béton armé supporte une charge, sa courbe contrainte-déformation se divise en trois phases distinctes, d'après une analyse mécanique, comme illustré sur la figure. Première phase : une déformation élastique se produit jusqu'à l'apparition d'une première fissure. La principale caractéristique de cette phase est l'augmentation linéaire de la déformation jusqu'au point A, qui représente la résistance à la fissuration initiale du béton armé de fibres de verre. Deuxième phase : une fois le béton fissuré, la charge qu'il supporte est transférée aux fibres adjacentes. La capacité portante est alors déterminée par les caractéristiques intrinsèques des fibres de verre et leur adhérence au béton. Le point B correspond à la résistance à la flexion ultime du béton armé de fibres de verre. Troisième phase : la résistance ultime étant atteinte, les fibres de verre se rompent ou s'arrachent. Les fibres restantes continuent de supporter une partie de la charge, évitant ainsi une rupture fragile.
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Date de publication : 6 juillet 2022
