Fibres - fibres sont les lments du matriau composite qui apportent gnralement les proprits mcaniques intressantes. Les qualits recherches

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  • Les fibres sont les lments du matriau composite qui apportent gnralement les proprits mcaniques intressantes.

    Les qualits recherches pour les renforts sont:

    - bonnes caractristiques mcaniques;

    - lgret;

    - rsistance thermique;

    - compactibilit avec les rsines;

    - adaptabilit aux procd de mise en uvre;

    - faible prix.

    Elles constituent une fraction volumique comprise, le plus souvent, entre 30 % et 70 %dans le matriau composite (rapport du volume de fibres au volume total du composite).

    Fibres

  • Verre

    Le verre appartient au groupe des matriaux inorganiques non mtalliques, il na

    donc pas une structure macromolculaire linaire comme la plupart des autres

    fibres mais plutt une structure cristalline qui lui donne une grande rigidit.

  • Verre

    M at fil

    continu Fils coups Roving direct Gteau

    Voile de verre Tissu roving Fils textiles

    M at fils coups

    Roving assem bl

    1.Composition (mlange des oxydes)2.Fusion (1500C)3.Fibrage-1 2 mm (1250C)4.Etirage : diamtre de 3 20 mm5.Ensimage6.Bobinage7.Tissage

    Elle est obtenue partir de sable (silice) et d'additifs (alumine, carbonate de chaux,magnsie, oxyde de bore).

    Fabrication de fibres de verre

    Fibre de verre

  • VerreEnsimage des fibres de verre

    Composition et rle de lensimageDsigne les traitements de surface appliqus aux fibres de renfort en sortie de filire. Lensimage est une mulsion aqueuse contenant 0.05-10% en poids de composs organiques. Parmi ces composs organiques, on distingue des silanes, des agents lubrifiants, des agents collants, des agents mouillants et des mulsifiants.

    Principaux type densimagesL'ensimage "textile" appliqu sur les filaments, en sortie de filire consiste dposer un agent de liaison assurant la cohsion des filaments entre eux, diminuant l'abrasion et facilitant les manipulations ultrieures (tissage) et vitant la formation de charges lectrostatiques.

    Il est en gnral incompatible avec les systmes de rsine d'imprgnation.

    L'ensimage "plastique" appliqu sur les tissus consiste dposer un agent de pontage dont les rles sont d'assurer une liaison physico-chimique entre les fibres et la rsine et de protger la fibre de son environnement.

    L'ensimage "textilo-plastique" assure un compromis entre les proprits textiles et plastiques (compatibilit rsine).

  • Verre

    Type de fibre de verre

    Type Indications gnrales

    E usage gnral ; bonnes proprits lectriques

    D Hautes proprits dilectriques (appareillages lectroniques trs hautes performances, ex: rdome )

    A Haute teneur en alcali

    C Rsistance chimique (sparateurs de batterie)

    S Haute rsistance mcanique

    R Haute rsistance mcanique (arospatiale, aronautique ou armement)

    AR Rsistant en milieu basique

    E-CR Pour usage en milieu acide

  • Verre

    C o m p o s itio n s d e s p rin c ip a u x typ e s d e fib re s d e v e rre d e re n fo rc e m e n t C o m p o sitio n m a s s iq u e (% ) P r in c ip a u x

    c o n s titu a n ts V e rre E V e rre D V e rre A V e rre C V e rre R V e rre S V e rre A R V e rre E -C R

    S ilic e S iO 2 5 3 5 6 7 3 7 4 7 0 7 2 6 0 6 5 5 8 6 0 6 4 6 5 6 0 6 3 5 2 5 6

    A lum in e A l2 O 3 1 2 1 6 T ra c e s 0 ,5 2 ,5 2 5 ,5 2 3 ,5 2 5 ,5 2 4 2 5 0 ,3 0 ,7 1 0 1 6

    C h a u x C a O 5 1 0 1 2 1 4 .... .. .. .. .... .. . 0 ,6 5 ,2 1 8 2 5

    M a g n s ie M g O 2 1 2 4 0 ,5 0 ,6 1 4 1 3 1 0 1 1 0 ,0 5 0 5

    O xyd e d e b o re

    B 2 O 3

    5 9 2 2 2 3 0 0 ,5 2 5 ,5 .... .. .. .. .... .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. . 0 ,0 5

    F lu o r F 0 1

    O xyd e d e s o d ium

    N a 2 O 1 ,3 1 2 1 5 8 1 0 .... .. .. .. .... .. .. .

    1 4 ,8 1 5 ,8

    O xyd e d e p o ta ss ium K 2 O 1 ,5 1 2 ,5 .. .. .. .. .... .. .. .. . ... .. .. .. .... .. .. .

    0 ,3 2 ,5

    O xyd e d e z irc o n ium Z rO 2 .... .. .. .. .... .. .. . .. .. .. .. .... .. .. .. . .. .. .. .. .... .. .. .. . .. .. .. .. .... .. .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. .

    1 5 ,8 1 9 ,5

    O xyd e d e fe r

    F e 2 O 3

    0 ,1 0 ,2 T ra c e s .... .. .. .... .. .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. . 0 ,0 5 0 0 ,5

    O xyd e d e t ita n e T iO 2 .. .. .. .. .... .. .. .. . .. .. .. .. .... .. .. .. . .. .. .. .. .... .. .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. . . ... .. .. .. .... .. .. .

    0 ,0 5 0 ,0 7

    0 3

    Composition des principaux types de fibre de verre de renforcement

  • Verre

    Contraintes et allongement mesurs sur composites unidirectionnels

    Verre E Verre R

    Contrainte la rupture en traction ) (MPa) 2 400 2 600 3 000 3 600

    Taux dallongement la rupture en traction (%) 3 4

    Caractristiques mcaniques sur composites

    Caractristiques mcaniques des filaments vierges

    Types de verre

    5,45,24,84,44,54,6 4,8Taux dallongement la ruptureen traction (%)

    878670,3715572 73Module dlasticit entraction (GPa)

    4 6004 4003 3003 1002 5003 200 3 400Contrainte la ruptureen traction (MPa)

    SRCADE

    Caractristiques mesures sur filaments vierges

    Proprits des fibresProprits mcaniques

  • VerrePrsentation industrielle des renforts en verre textilePour amliorer les caractristiques mcaniques des structures en composites, il faut jouer sur la texture des renforts (leur architecture) pour crer une charpente rsistante adapte aux contraintes mcaniques. En fonction des proprits recherches, on rencontre plusieurs architectures de renforcements :

    - unidirectionnelle,- multidirectionnelle alatoire,- oriente,- multidimensionnelle.

  • La rsistance mcanique dpend-elle la fois

    du taux de renfort et de la nature de ce renfort.

  • VerreStratifils (ou roving)Le roving est un Assemblage de fils de base parallles group sans torsion.

    Cette forme de matriaux ne sapplique qu quelques procds comme lenroulement filamentaire et la pultrusion. Avec ces procds, on peut

    fabriquer des tubes et des profils extrmement rsistants.

    Stratifils boucls (ou spun roving)Une partie des fils de base ou des filaments constitutifs forme des boucles.

    Les boucles amliorent la rsistance interlaminaire des composites

    Moulage par pultrusion

    Stratifil (roving)

    Stratifil (roving) boucl

  • Verre

    Fils coups

    Fibres broyes

    Fils coupsFils de base coups en longueur relativement faibles (3, 4, 5, 6, 12 et 25 mm)

    Moulage au contact, renforcement des rsines thermoplastiques par extrusion/injection et le renforcement des BMC)

    Fibres broyesElle sont obtenus par broyage de fils de base (0,1 0,5 mm).

    13, 4, 5, 6, 12 et 25 mm)

    Renforcement des rsines thermoplastiques, R-RIM

  • Verre

    MatsLe mat se prsente sous forme planaire comme un tissu mais lorientation des fibres est alatoire. Les fibres sont maintenues ensemble par un liant.Dans un mat, les fibres peuvent tres continues ou coupes.

    Mats fils coups (50mm)- Mats avec liant en poudre trs solubilisables- Mats avec liant en poudre peu solubilisables- Mats avec liant liquide

    Renforcement des rsines polyester et un degr moindre les rsines poxydes

    Mats fils continusCes mats sont constitus de fils continus, disposs sous forme de boucle( RTM, SMC, compression des plaque).

    Mat de surface (ou voile de surface), Une couche mince et compacte de fibres discontinues ou de fils lis entre eux.

    Mat fils coups

    Mat fils continus

  • Verre

    Armure toile ou taffetas

    Armure satin Armure serg Armure haut module

    Armure unidirectionnelle

    TissusArmure (Weave)Terme de tissage dsignant le mode d'entrecroisement des fils de chane et des fils de trame dans un tissu. Suivant le motif d'armure, le tissu obtenu est plus ou moins souple et dformable.

  • Verre

    Satin (Satin weave)

    Un tissu est dit "satin de n" lorsqu'il est constitu de fils de chane flottant au-dessus de (n-1) fils de trame (n est appel rapport darmure).

    Les tissus armure satin sont beaucoup plus dformables qu'une toile ou taffetas. Les tissus de satin de 8, trs dformables, sont les plus couramment utiliss, notamment pour les formes complexes.

    Serg (Twill - Twill weave)

    Dsigne un type d'armure de produits textiles tisss pour lesquels chaque fil de chane flotte au-dessus de plusieurs fils de trame. C'est l'armure la plus dense.

    Les tissus armure serg sont trs dformables, possdent un comportement similaire dans le sens chane et le sens trame (contrairement l'armure satin) et prsentent une densit de fils plus leve que l'armure satin.

    Satin de 8

  • Verre

    Taffetas (Taffeta - Taffeta Weave)

    Armure de produits textiles tisss pour lesquels chaque fil de chane passe

    alternativement au-dessus et au-dessous de chaque fil de trame et rciproquement.

    Armure haut module

    L'armure haut module dans laquelle les fils de chane et les fils de trame

    ne subissent aucun entrecroisement et sont maintenus par des fils fins.

    Armure unidirectionnelle

    L'armure unidirectionnelle qui n'est constitue que de fils parallles

    maintenus dans la direction perpendiculaire par un fil fin.

    Armure haut module

    Armure unidirectionnelle

    Taffetas

  • VerreOn ralise galement pour des utilisations spcifiques des armures bi ou tridimensionnelles.

    Tissu multiaxial Tissu 3D ou tresse

    Vari