Vues: 0 Auteur: Éditeur de site Temps de publication: 2025-05-16 Origine: Site
Le plastique renforcé de fibres ( FRP ) (également polymère renforcé de fibres ) est un matériau composite composé d'une matrice de polymère renforcée avec des fibres. Les fibres sont généralement du verre, du carbone, de l'aramide ou du basalte. Rarement, d'autres fibres telles que du papier ou du bois ou de l'amiante ont été utilisées. Le polymère est généralement un plastique époxy, vinylester ou polyester; Les résines de phénol formaldéhyde sont toujours utilisées.
Les FRP sont couramment utilisés dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile, de la marine et de la construction. Ils se trouvent également couramment dans l'armure balistique.
Un polymère est généralement fabriqué par polymérisation de la croissance pas à pas ou polymérisation d'addition. Lorsqu'il est combiné avec divers agents pour améliorer ou modifier de quelque manière que ce soit les propriétés des matériaux des polymères, le résultat est appelé plastique plastique plastique, appelez ces types de plastiques qui résultent de la liaison de deux matériaux homogènes ou plus avec des propriétés de matériaux différentes pour dériver un produit final avec certains matériaux souhaités et des propriétés mécaniques. Les plastiques renforcés par les fibres sont une catégorie de plastiques composites qui utilisent spécifiquement des matériaux de fibres pour améliorer mécaniquement la résistance et l'élasticité des plastiques. Le matériau plastique d'origine sans renforcement des fibres est connu sous le nom de Theatrix ou d'agent de liaison. La matrice est un plastique dur mais relativement faible qui est renforcé par des filaments ou des fibres de renforcement plus rigides plus forts. La mesure où la résistance et l'élasticité sont améliorées dans un plastique renforcé de fibres dépend des propriétés mécaniques de la fibre et de la matrice, leur volume les uns par rapport aux autres, et la longueur et l'orientation des fibres dans la matrice. [1] Le renforcement de la matrice se produit par définition lorsque le matériau FRP présente une résistance ou une élasticité accrue par rapport à la résistance et à l'élasticité de la matrice seule. [2]
La bakélite a été le premier plastique renforcé de fibres. Le Dr Leo Baekeland avait initialement entrepris un remplacement de la gomme blanche (fabriquée à partir de l'excrétion des coléoptères de lac). Les chimistes avaient commencé à reconnaître que de nombreuses résines et fibres naturelles étaient des polymères, et Baekeland a étudié les réactions du phénol et du formaldéhyde. Il a d'abord produit une gomme de phénol-formaldéhyde soluble appelée novolak 'qui n'est jamais devenue un succès sur le marché, puis s'est tournée vers le développement d'un classeur pour l'amiante qui, à l'époque, était moulé de caoutchouc. En contrôlant la pression et la température appliqués au phénol et au formaldéhyde, il a découvert en 1905 qu'il pouvait produire son matériau de moule dur rêvé (le premier plastique synthétique du monde): la bakélite. [3] [4] Il a annoncé son invention lors d'une réunion de l'American Chemical Society le 5 février 1909. [5]
Le développement du plastique renforcé de fibres à usage commercial a été largement étudié dans les années 1930. Au Royaume-Uni, des recherches considérables ont été entreprises par des pionniers tels que Norman de Bruyne. Il était particulièrement intéressant pour l'industrie de l'aviation. [6]
La production de masse de brins de verre a été découverte en 1932 lorsque Games Slayter, un chercheur d'Owens-Ilinlinois a accidentellement dirigé un jet d'air comprimé dans un flux de verre fondu et produit des fibres. Un brevet pour cette méthode de production de laine de verre a été appliqué pour la première fois en 1933. [7] Owens a rejoint la Corning Company en 1935 et la méthode a été adaptée par Owens Corning pour produire sa 'fibreglas ' brevetée 'Fibreglas ' (une 'S ') en 1936. À l'origine, Fibreglas a été une laine de verre avec des fibres à piéger une grande partie de GAP, ce qui a été utile.
Une résine appropriée pour combiner le 'fibreglas ' avec un plastique pour produire un matériau composite, a été développée en 1936 par Du Pont. Le premier ancêtre des résines de polyester moderne est la résine de cyanamide de 1942. Des systèmes de durcissement du peroxyde ont été utilisés d'ici là. [8] Avec la combinaison de fibreglas et de résine, la teneur en gaz du matériau a été remplacée par du plastique. Cela a réduit les propriétés d'isolation aux valeurs typiques du plastique, mais maintenant pour la première fois, le composite a montré une grande résistance et promesse en tant que matériau structurel et de construction. De manière confuse, de nombreux composites de fibres de verre ont continué à être appelés 'fibre de verre ' (comme nom générique) et le nom a également été utilisé pour le produit en laine de verre à basse densité contenant du gaz au lieu du plastique.
Ray Greene d'Owens Corning est reconnu pour avoir produit le premier bateau composite en 1937, mais n'a pas poursuivi davantage à l'époque en raison de la nature fragile du plastique utilisé. En 1939, la Russie aurait construit un bateau de passagers de matières plastiques, et les États-Unis un fuselage et des ailes d'un avion. [9] La première voiture à avoir un corps en verre de fibre était le Scarab de 1946. Un seul de ce modèle a été construit. [10] Le prototype Ford de 1941 aurait pu être la première voiture en plastique, mais il y a une certaine incertitude autour des matériaux utilisés car il a été détruit peu de temps après. [11] [12]
Le premier avion en plastique renforcé de fibres était soit le Fairchild F-46, le 12 mai 1937, ou l'avion en plastique de Bennett construit par Californie. [13] Un fuselage en fibre de verre a été utilisé sur un Vultee BT-13A modifié désigné, le XBT-16 basé à Wright Field à la fin de 1942. [14] En 1943, d'autres expériences ont été entreprises en train de construire des parties d'aéronefs structurelles à partir de matériaux composites résultant du premier plan, Avultee BT-15, avec un fuselage GFRP, désigné le XBT-1, étant en 1944 . [17] Un développement significatif de l'outillage pour les composants GFRP a été réalisé par Republic Aviation Corporation en 1943. [18]
La production de fibres de carbone a commencé à la fin des années 1950 et a été utilisée, mais pas largement, dans l'industrie britannique à partir du début des années 1960. Des fibres aramides étaient produites à cette époque également, apparaissant d'abord sous le nom commercial Nomex par DuPont. Aujourd'hui, chacune de ces fibres est largement utilisée dans l'industrie pour toutes les applications qui nécessitent des plastiques avec une force spécifique ou des qualités élastiques. Les fibres de verre sont les plus courantes dans toutes les industries, bien que les composites en fibre de carbone et en fibre de carbone se trouvent largement dans les bonnes applications aérospatiales, automobiles et sportives. [2] Ces trois (verre, carbone, andaramide) continuent d'être les catégories importantes de fibres utilisées en FRP.
La production mondiale de polymères à l'échelle présente aujourd'hui a commencé au milieu du 20e siècle, lorsque de faibles coûts de matériaux et de productions, de nouvelles technologies de production et de nouvelles catégories de produits combinées pour rendre la production de polymère économique. L'industrie a finalement mûri à la fin des années 1970 lorsque la production mondiale de polymères a dépassé celle de l'acier, faisant des polymères le matériau omniprésent qu'il est aujourd'hui. Les plastiques renforcés par les fibres ont été un aspect important de cette industrie depuis le début.
Le FRP implique deux processus distincts, le premier est le processus par lequel le matériau fibreux est fabriqué et formé, le second est le processus par lequel les matériaux fibreux sont collés avec la matrice pendant le moulage. [2]
Les fibres de renforcement sont fabriquées dans des orientations bidimensionnelles et tridimensionnelles
Le polymère renforcé de fibres bidimensionnel est caractérisé par une structure laminée dans laquelle les fibres ne sont alignées que le long du plan dans la direction X et la direction Y du matériau. Cela signifie qu'aucune fibre n'est alignée dans l'épaisseur par travers ou la direction Z, ce manque d'alignement dans l'épaisseur par travers peut créer un désavantage de coût et de traitement. Les coûts et la main-d'œuvre augmentent car les techniques de traitement conventionnelles utilisées pour fabriquer des composites, telles que la mise en place de la main humide, le moulage par transfert d'autoclave et de résine, nécessitent une grande quantité de main-d'œuvre qualifiée pour couper, empiler et consolider dans un composant préformé.
Les composites polymères renforcés en fibres tridimensionnels sont des matériaux avec des structures de fibres tridimensionnelles qui incorporent les fibres dans la direction X, la direction Y et la direction Z. Le développement d'orientations tridimensionnelles est né du besoin de l'industrie de réduire les coûts de fabrication, d'augmenter les propriétés mécaniques à travers l'épaisseur et d'améliorer la tolérance aux dommages aux impact; Tous étaient des problèmes associés à des polymères renforcés en fibre dimensionnels.
Les préformes des fibres sont la façon dont les fibres sont fabriquées avant d'être liées à la matrice. Les préformes des fibres sont souvent fabriquées dans des feuilles, des tapis continus ou en tant que filaments continus pour les applications de pulvérisation. Les quatre principales façons de fabriquer la préforme de la fibre consistent à travers les techniques de traitement textile de tissage, de tricot, de tressage et de couture.
Le tissage peut être fait de manière conventionnelle pour produire des fibres bidimensionnelles également dans un tissage multicouche qui peut créer des fibres tridimensionnelles. Cependant, le tissage multicouche est nécessaire pour avoir plusieurs couches de fils de chaîne pour créer des fibres dans la direction Z créant quelques inconvénients dans la fabrication, à savoir le temps de configurer tous les fils de chaîne sur le métier à tisser. Par conséquent, la plupart des tissages multicouches sont actuellement utilisés pour produire des produits de largeur relativement étroite, ou des produits de grande valeur où le coût de la production de préforme est acceptable. Un autre des principaux problèmes confrontés à l'utilisation de tissus tissés multicouches est la difficulté de produire un tissu qui contient des fibres orientées avec des angles autres que 0 'et 90 ' respectivement.
La deuxième grande façon de fabriquer des préformes de fibres est le tressage. Le tressage est adapté à la fabrication d'un tissu plat ou tubulaire de largeur étroite et n'est pas aussi capable que le tissage dans la production de grands volumes de tissus larges. Le tressage est effectué au-dessus des mandrins qui varient en forme ou dimension en coupe transversale sur leur longueur. Le tressage est limité aux objets d'une taille de brique. Contrairement au tissage standard, le tressage peut produire du tissu qui contient des fibres à 45 degrés les uns aux autres. Les fibres tridimensionnelles de tressage peuvent être effectuées en utilisant une tressage de verrouillage interlock à quatre étapes, en deux étapes ou multicouche. Four étape ou rangée et tressage de colonne utilise un lit plat contenant des lignes et des colonnes de porteurs de fils qui forment la forme de la préforme souhaitée. Des transporteurs supplémentaires sont ajoutés à l'extérieur du tableau, dont l'emplacement et la quantité précis dépend de la forme et de la structure de la préforme exactes requises. Il existe quatre séquences distinctes de mouvement de ligne et de colonne, qui agissent pour verrouiller les fils et produire la préforme tressée. Les fils sont forcés mécaniquement dans la structure entre chaque étape pour consolider la structure dans un processus similaire à l'utilisation d'un anche en tissage. Le tressage en deux étapes est différent du processus en quatre étapes, car la deux étapes comprend un grand nombre de fils fixés dans la direction axiale et un nombre moins de fils de tressage. Le processus se compose de deux étapes dans lesquelles les porteurs de tressage se déplacent complètement à travers la structure entre les porteurs axiaux. Cette séquence relativement simple de mouvements est capable de former des préformes de la forme essentiellement, y compris des formes circulaires et creuses. Contrairement au processus en quatre étapes, le processus en deux étapes ne nécessite pas de compactage mécanique, les mouvements impliqués dans le processus permet à la tresse d'être serrée par la tension du fil seul. Le dernier type de tressage est le tressage entre verrouillage multicouche qui consiste en un certain nombre de tresseurs circulaires standard réunis pour former un cadre de tressage cylindrique. Ce cadre a un certain nombre de pistes de tressage parallèles autour de la circonférence du cylindre, mais le mécanisme permet le transfert de porteurs de fils entre les pistes adjacentes formant un tissu tressé multicouche avec des fils imbriqués aux couches adjacentes. La tresse de verrouillage multicouche diffère des tresses à quatre étapes et à deux étapes en ce que les fils de verrouillage sont principalement dans le plan de la structure et ne réduisent donc pas de manière significative les propriétés dans le plan de la préforme. Les processus en quatre étapes et en deux étapes produisent un plus grand degré d'interclusion à mesure que les fils de tressage se déplacent à travers l'épaisseur de la préforme, mais contribuent donc moins aux performances dans le plan de la préforme. Un inconvénient de l'équipement de verrouillage multicouche est qu'en raison du mouvement sinusoïdal conventionnel des porteurs de fils pour former la préforme, l'équipement n'est pas en mesure d'avoir la densité des porte-fils qui est possible avec les machines à deux et quatre étapes.
Les préformes des fibres de tricot peuvent être réalisées avec les méthodes traditionnelles de chaîne et de tricot [trame], et le tissu produit est souvent considéré par beaucoup comme un tissu bidimensionnel, mais les machines avec deux ou plusieurs lits d'aiguilles sont capables de produire des tissus multicouches avec des ignames qui traversent les couches. Développements dans les commandes électroniques de la sélection des aiguilles et du transfert de boucle de tricot, et dans les mécanismes sophistiqués qui permettent de maintenir des zones spécifiques du tissu et leur mouvement contrôlé. Cela a permis au tissu de se former dans la forme de préforme tridimensionnelle requise avec un minimum de gaspillage de matériau.
La couture est sans doute la plus simple des quatre principales techniques de fabrication textile et une qui peut être effectuée avec le plus petit investissement dans des machines spécialisées. Fondamentalement, la couture consiste à insérer une aiguille, transportant le fil de point, à travers une pile de couches de tissu pour former une structure 3D. Les avantages de la couture sont qu'il est possible de coudre à la fois le tissu sec et le préprég, bien que le collénalité du préreg rend le processus difficile et crée généralement plus de dégâts dans le matériau préimprégné que dans le tissu sec. La couture utilise également les tissus bidimensionnels standard qui sont généralement utilisés dans l'industrie composite, il existe donc un sentiment de familiarité concernant les systèmes de matériaux. L'utilisation de tissu standard permet également un plus grand degré de flexibilité dans le repos en tissu du composant que possible avec les autres processus textiles, qui ont des restrictions sur les orientations des fibres qui peuvent être produites. [19]
Une structure rigide est généralement utilisée pour établir la forme des composants FRP. Les pièces peuvent être posées sur une surface plane appelée une 'plaque de caul ' ou sur une structure cylindrique appelée a 'Mandrel '. Cependant, la plupart des pièces en plastique renforcées à fibres sont créées avec un moule ou 'outil. ' Les moules peuvent être des moules féminins concaves, des moules mâles ou le moule peut complètement enfermer la pièce avec un moule supérieur et inférieur.
Les processus de moulage des plastiques FRP commencent par placer la préforme de la fibre sur ou dans le moule. La préforme de la fibre peut être une fibre sèche ou une fibre qui contient déjà une quantité mesurée de résine appelée 'prereg '. Les fibres sèches sont 'mouillées ' avec de la résine à la main, soit la résine est injectée dans un moule fermé. La pièce est ensuite durcie, laissant la matrice et les fibres dans la forme créée par le moule. La chaleur et / ou la pression sont parfois utilisées pour guérir la résine et améliorer la qualité de la partie finale. Les différentes méthodes de formation sont répertoriées ci-dessous.
Des feuilles individuelles de matériau préimprésenté sont posées et placées dans un moule de style féminin avec une vessie en forme de ballon. Le moule est fermé et placé dans une presse chauffée. Enfin, la vessie est sous pression pour forcer les couches de matériau contre les parois de la moisissure.
Lorsque la matière première (bloc en plastique, bloc en caoutchouc, feuille en plastique ou granules) contient des fibres de renforcement, une pièce moulée de compression est considérée comme un plastique renforcé de fibre. Plus généralement, la préforme du plastique utilisée dans la moulure de compression ne contient pas de fibres de renforcement. En moulure de compression, un 'preform ' ou 'charge ', de SMC, BMC est placé dans la cavité de la moisissure. Le moule est fermé et le matériau est formé et durci à l'intérieur par pression et chaleur. La moulure de compression offre d'excellents détails pour les formes géométriques allant du motif et des détails de relief aux courbes complexes et aux formes créatives, à l'ingénierie de précision tout dans un temps de durcissement maximal de 20 minutes. [20]
Des feuilles individuelles de matériau préimprésenté sont décrites et placées dans un moule ouvert. Le matériau est recouvert de film de sortie, de saignement / de reniflard et d'un sac à vide. Un aspirateur est tiré sur la pièce et le moule entier est placé dans une autoclave (récipient de pression chauffé). La pièce est séchée avec un vide continu pour extraire les gaz piégés du stratifié. Il s'agit d'un processus très courant dans l'industrie aérospatiale car il offre un contrôle précis sur la moulure en raison d'un long cycle de guérison lent qui est de l'une à plusieurs heures. [21] Ce contrôle précis crée les formes géométriques stratifiées exactes nécessaires pour garantir la force et la sécurité de l'industrie aérospatiale, mais elle est également lente et à forte intensité de travail, ce qui signifie que les coûts le limitent souvent à l'industrie aérospatiale. [20]
Les feuilles de matériau préimprécision sont enroulées autour d'un mandrin en acier ou en aluminium. Le matériau préimprégné est compacté par du ruban de cellule en nylon ou en polypropylène. Les pièces sont généralement durcies par lot par un engagement à l'aspirateur et suspendu dans un four. Après guérir, le violoncelle et le mandrin sont retirés en laissant un tube à carbone creux. Ce processus crée des tubes à carbone creux solides et robustes.
La formation de layup humide combine le renforcement des fibres et la matrice lorsqu'elles sont placées sur l'outil de formation. [2] Les couches de fibres de renforcement sont placées dans un moule ouvert puis saturées d'une résine humide en la versant sur le tissu et en la travaillant dans le tissu. Le moule est ensuite laissé pour que la résine guérisse, généralement à température ambiante, bien que la chaleur soit parfois utilisée pour assurer une guérison appropriée. Parfois, un sac à vide est utilisé pour comprimer un lay-up humide. Les fibres de verre sont le plus souvent utilisées pour ce processus, les résultats sont largement connus sous le nom de fibre de verre et sont utilisés pour fabriquer des produits communs comme les skis, les canoës, les kayaks et les planches de surf. [20]
Des brins continus de fibre de verre sont poussés à travers un pistolet à main qui coupe les brins et les combine avec une résine catalysée comme le polyester. Le verre haché imprégné est tiré sur la surface du moule dans toute épaisseur et concevoir que l'opérateur humain juge approprié. Ce processus est bon pour les grandes productions à un coût économique, mais produit des formes géométriques avec moins de force que les autres processus de moulage et a une mauvaise tolérance dimensionnelle.Design Tanks LLC est l'un des meilleurs fabricants en utilisant ce processus. [20]
Les machines tirent des faisceaux de fibres à travers un bain humide de résine et enroulés sur un mandrin en acier rotatif dans des orientations spécifiques les pièces sont durcies, soit à température ambiante, soit à des températures élevées. Le mandrin est extrait, laissant une forme géométrique finale mais peut être laissé dans certains cas. [20]
Les faisceaux de fibres et les tissus à fente sont tirés à travers un bain humide de résine et formés en forme de partie rugueuse. Le matériau saturé est extrudé d'un durcissement chauffé chauffé en filière tout en étant tiré en continu pendant la matrice. Certains des produits finaux de la pultrusion sont des formes structurelles, c'est-à-dire le faisceau, l'angle, le canal et la feuille plate. Ces matériaux peuvent être utilisés pour créer toutes sortes de structures en fibre de verre telles que les échelles, les plates-formes, le réservoir de systèmes de main courante, les tuyaux et les supports de pompe. [20]
Également appelé perfusion de résine . Les tissus sont placés dans un moule dans lequel la résine humide est ensuite injectée. La résine est généralement sous pression et forcée dans une cavité qui est sous vide dans la moulure de transfert de résine. La résine est entièrement tirée dans la cavité sous vide dans le moulage de transfert de résine assisté sous vide. Ce processus de moulage permet des tolérances précises et une mise en forme détaillée mais peut parfois ne pas saturer complètement le tissu conduisant à des taches faibles dans la forme finale. [20]
Le FRP permet l'alignement des fibres de verre des thermoplastiques pour s'adapter à des programmes de conception spécifiques. La spécification de l'orientation des fibres de renforcement peut augmenter la résistance et la résistance à la déformation du polymère. Les polymères renforcés en verre sont les plus forts et les plus résistifs aux forces déformantes lorsque les fibres des polymères sont parallèles à la force exercée et sont les plus faibles lorsque les fibres sont perpendiculaires. Ainsi, cette capacité est à la fois un avantage ou une limitation en fonction du contexte de l'utilisation. Des taches faibles de fibres perpendiculaires peuvent être utilisées pour les charnières et les connexions naturelles, mais peuvent également entraîner une défaillance des matériaux lorsque les processus de production ne parviennent pas à orienter correctement les fibres parallèles aux forces attendues. Lorsque les forces sont exercées perpendiculaires à l'orientation des fibres, la résistance et l'élasticité du polymère sont inférieures à la matrice seule. Dans les composants en résine coulée en polymères renforcés en verre tels que UP et EP, l'orientation des fibres peut être orientée dans des tissages bidimensionnels et tridimensionnels. Cela signifie que lorsque les forces sont peut-être perpendiculaires à une orientation, elles sont parallèles à une autre orientation; Cela élimine le potentiel de points faibles dans le polymère.
Une défaillance structurelle peut se produire dans les matériaux FRP lorsque:
Les forces de traction étendent la matrice plus que les fibres, ce qui fait que le matériau cisaille à l'interface entre la matrice et les fibres.
Les forces de traction près de la fin des fibres dépassent les tolérances de la matrice, séparant les fibres de la matrice.
Les forces de traction peuvent également dépasser les tolérances des fibres provoquant la fracture des fibres conduisant à une défaillance matérielle. [2]
Un matériau de matrice en polymère thermodoseur, ou matériau de matrice en polymère thermoplastique de qualité ingénierie, doit répondre à certaines exigences afin de convenir d'abord pour les FRP et d'assurer un renforcement réussi de lui-même. La matrice doit être capable de saturer correctement et de préférence se lier chimiquement avec le renforcement des fibres pour une adhérence maximale dans une période de durcissement appropriée. La matrice doit également envelopper complètement les fibres pour les protéger des coupes et des encoches qui réduiraient leur force et pour transférer les forces aux fibres. Les fibres doivent également être maintenues séparées les unes des autres afin que si la défaillance se produit, elle est localisée autant que possible, et si la défaillance se produit, la matrice doit également se débonder de la fibre pour des raisons similaires. Enfin, la matrice doit être d'un plastique qui reste chimiquement et physiquement stable pendant et après les processus de renforcement et de moulage. Pour être adapté comme matériau de renforcement, les additifs de fibres doivent augmenter la résistance à la traction et le module d'élasticité de la matrice et remplir les conditions suivantes; Les fibres doivent dépasser le contenu critique des fibres; La force et la rigidité des fibres elle-même doivent dépasser la force et la rigidité de la matrice seule; et il doit y avoir une liaison optimale entre les fibres et la matrice
'Plastiques renforcés en fibre de verre ' ou FRPS (communément appelés simplement en fibre de verre) utilisent des fibres de verre de qualité textile. Ces fibres textiles sont différentes des autres formes de fibres de verre utilisées pour piéger délibérément l'air, pour les applications isolantes (voir la laine de verre). Les fibres de verre textiles commencent comme des combinaisons variables de Sio 2, Al 2O 3, B 2O 3, Cao ou MgO sous forme de poudre. Ces mélanges sont ensuite chauffés par la fusion directe à des températures à environ 1300 degrés Celsius, après quoi les matrices sont utilisées pour extruder des filaments de fibres de verre de diamètre allant de 9 à 17 µm. Ces filaments sont ensuite enroulés dans des fils plus grands et tournés sur les bobines pour le transport et le traitement ultérieur. La fibre de verre est de loin le moyen le plus populaire pour renforcer le plastique et jouit ainsi d'une multitude de processus de production, dont certains s'appliquent aux fibres d'aramide et de carbone ainsi qu'en raison de leurs qualités fibreuses partagées.
Le détachement est un processus où les filaments sont tournés dans des threads de plus grand diamètre. Ces fils sont ensuite couramment utilisés pour les tissus en verre et les tapis de verre armé des tissus, et dans les applications en pulvérisation.
Les tissus en fibre sont un matériau de renforcement de tissu en forme de toile qui a des instructions de déformation et de trame. Les tapis de fibres sont des tapis de fibres de verre non tissés en forme de forme Web. Les tapis sont fabriqués en dimensions coupées avec des fibres hachées, ou dans des tapis continus en utilisant des fibres continues. Le verre à fibre haché est utilisé dans les processus où les longueurs de filetages en verre sont coupées entre 3 et 26 mm, les fils sont ensuite utilisés dans les plastiques les plus couramment destinés aux processus de moulage. Les brins courts en fibre de verre sont courts de 0,2 à 0,3 mm de fibres de verre qui sont utilisées pour renforcer les thermoplastiques le plus souvent pour le moulage par injection.
Les fibres de carbone sont créées lorsque les fibres de polyacrylonitrile (PAN), les résines de tangage ou la rayonne sont carbonisées (par oxydation et pyrolyse thermique) à des températures élevées. Grâce à d'autres processus de graphizage ou d'étirement de la force ou de l'élasticité des fibres, peut être amélioré respectivement. Les fibres de carbone sont fabriquées dans des diamètres analogues aux fibres de verre avec des diamètres allant de 4 à 17 µm. Ces fibres se sont enroulées dans des fils plus grands pour le transport et d'autres processus de production. [2] D'autres processus de production incluent le tissage ou le tressage dans les tissus de carbone, les chiffons et les tapis analogues à ceux décrits pour le verre qui peuvent ensuite être utilisés dans les renforts réels. [1]
Les fibres aramides sont le plus souvent appelées Kevlar, Nomex et Technora. Les aramides sont généralement préparés par la réaction entre un groupe amine et un groupe halogénures d'acide carboxylique (aramide); [1] Cela se produit généralement lorsqu'un polyamide aromatique est filé à partir d'une concentration liquide d'acide sulfurique dans une fibre cristallisée. [2] Les fibres sont ensuite tournées dans des fils plus grands afin de tisser en grosses cordes ou tissus tissés (aramide). [1] Les fibres d'aramide sont fabriquées avec des notes variables à la base de qualités variables de résistance et de rigidité, afin que le matériau puisse être quelque peu adapté à des problèmes de conception spécifiques, tels que la coupe du matériau difficile pendant la fabrication. [2]
| du matériau de renforcement [2] Propriétés | des matériaux de matrice les plus courants | améliorés |
|---|---|---|
| Fibres de verre | UP, EP, PA, PC, POM, PP, PBT, VE | Force, élasticité, résistance à la chaleur |
| Fibres de bois | PE, PP, ABS, HDPE, PLA | Résistance à la flexion, module de traction, résistance à la traction |
| Fibres de carbone et d'aramide | EP, Up, VE, PA | Élasticité, résistance à la traction, résistance à la compression, résistance électrique. |
| Particules inorganiques | Thermoplastique semi-cristalline, UP | Retrait isotrope, abrasion, résistance à la compression |
Les plastiques renforcés par les fibres sont les mieux adaptés à tout programme de conception qui exige des économies de poids, l'ingénierie de précision, les tolérances finies et la simplification des pièces en production et en fonctionnement. Un artefact polymère moulé est moins cher, plus rapide et plus facile à fabriquer que les artefacts en aluminium ou en acier coulé, et maintient des tolérances et des forces de matériaux similaires et parfois meilleures.
Rudder d'Airbus A310
Les avantages par rapport à un gouvernail traditionnel fabriqué en aluminium en feuille sont:
Réduction de 25% du poids
Réduction à 95% des composants en combinant des pièces et des formes en pièces moulées plus simples.
La réduction globale des coûts de production et d'exploitation, l'économie des pièces entraîne une baisse des coûts de production et les économies de poids créent des économies de carburant qui réduisent les coûts opérationnels du pilotage de l'avion.
Les variétés d'admission du moteur sont fabriquées à partir de PA 66 renforcée par fibre de verre.
Avantages Cela a sur les variétés en aluminium coulé est:
Jusqu'à une réduction de 60% de poids
Amélioration de la qualité de la surface et de l'aérodynamique
Réduction des composants en combinant des pièces et des formes en formes moulées plus simples.
Pédales de gaz et d'embrayage automobiles fabriquées à partir de PA 66 renforcée de fibres de verre (DWP 12–13)
Les avantages par rapport à l'aluminium estampé sont:
Les pédales peuvent être moulées sous forme d'unités uniques combinant à la fois des pédales et des liaisons mécaniques simplifiant la production et le fonctionnement de la conception.
Les fibres peuvent être orientées pour renforcer les contraintes spécifiques, augmentant la durabilité et la sécurité.
Les fenêtres, les portes et les façades en aluminium sont isolées thermiquement en utilisant des plastiques d'isolation thermique en polyamide renforcé de fibres de verre. En 1977, Ensinger GmbH a produit le premier profil d'isolation pour les systèmes de fenêtres.
Le FRP peut être appliqué pour renforcer les poutres, les colonnes et les dalles de bâtiments et de ponts. Il est possible d'augmenter la force des membres structurels même après avoir été gravement endommagé en raison des conditions de chargement. Dans le cas de membres en béton armé endommagés, cela nécessiterait d'abord la réparation du membre en éliminant les débris en vrac et en remplissant des cavités et des fissures avec du mortier ou de la résine époxy. Une fois le membre réparé, le renforcement peut être réalisé grâce à la mise en page humide et à la main pour imprégner les feuilles de fibres avec de la résine époxy, puis les appliquant sur les surfaces nettoyées et préparées du membre.
Deux techniques sont généralement adoptées pour le renforcement des poutres, concernant l'amélioration de la résistance souhaitée: le renforcement de la flexion ou le renforcement du cisaillement. Dans de nombreux cas, il peut être nécessaire de fournir à la fois des améliorations de la force. Pour le renforcement en flexion d'une poutre, des feuilles ou des plaques FRP sont appliquées à la face de tension du membre (la face inférieure pour un membre simplement pris en charge avec chargement supérieur appliqué ou chargement de gravité). Les principales fibres de traction sont orientées dans l'axe longitudinal du faisceau, similaire à son renforcement interne de l'acier en flexion. Cela augmente la résistance du faisceau et sa rigidité (charge requise pour provoquer une déviation unitaire), mais diminue la capacité de déviation et la ductilité.
Pour le renforcement du cisaillement d'un faisceau, le FRP est appliqué sur la toile (côtés) d'un membre avec des fibres orientées transversales à l'axe longitudinal du faisceau. La résistance des forces de cisaillement est obtenue de manière similaire à celle des étriers en acier interne, en pontant les fissures de cisaillement qui se forment sous la charge appliquée. Le FRP peut être appliqué dans plusieurs configurations, selon les faces exposées du membre et le degré de renforcement souhaité, cela comprend: la liaison latérale, les w-wrap (jackets en U) et les wraps fermés (enveloppements complètes). Le collage latéral consiste uniquement à appliquer le FRP sur les côtés du faisceau. Il fournit le moins de renforcement de cisaillement en raison des échecs causés par le dédouage de la surface du béton aux bords libres FRP. Pour U-WRAP, le FRP est appliqué en continu en forme «U» autour des côtés et du bas (tension) face du faisceau. Si tous les faces d'un faisceau sont accessibles, l'utilisation de wraps fermées est souhaitable car ils fournissent le plus d'amélioration de la résistance. L'emballage fermé implique l'application de FRP autour du périmètre entier du membre, de sorte qu'il n'y a pas de fins libres et que le mode de défaillance typique est la rupture des fibres. Pour toutes les configurations d'enveloppe, le FRP peut être appliqué le long de la longueur de l'élément sous forme de feuille continue ou sous forme de bandes discrètes, ayant une largeur minimale prédéfinie et un espacement.
Les dalles peuvent être renforcées en appliquant des bandes FRP à leur face inférieure (tension). Cela entraînera de meilleures performances en flexion, car la résistance à la traction des dalles est complétée par la résistance à la traction du FRP. Dans le cas des poutres et des dalles, l'efficacité du renforcement du FRP dépend des performances de la résine choisie pour le lien. Il s'agit particulièrement d'un problème pour le renforcement du cisaillement en utilisant la liaison latérale ou les wraps en U. Les colonnes sont généralement enveloppées de FRP autour de leur périmètre, comme avec un emballage fermé ou complet. Cela entraîne non seulement une résistance au cisaillement plus élevée, mais plus cruciale pour la conception des colonnes, ce qui entraîne une résistance à la compression accrue sous charge axiale. L'enveloppe FRP fonctionne en restreignant l'expansion latérale de la colonne, qui peut améliorer le confinement de manière similaire à celle du renforcement en spirale pour le noyau de la colonne.
En juin 2013, Kone Elevator Company a annoncé Ultrarope pour une utilisation en remplacement des câbles en acier dans les ascenseurs. Il scelle les fibres de carbone dans un polymère à haute friction. Contrairement au câble en acier, Ultrarope a été conçu pour les bâtiments qui nécessitent jusqu'à 1 000 mètres de portance. Les ascenseurs en acier s'élèvent à 500 mètres. La société a estimé que dans un bâtiment de 500 mètres de haut, un ascenseur utiliserait 15% de puissance électrique en moins qu'une version en acier. En juin 2013, le produit avait réussi tous les tests de certification de l'Union européenne et des États-Unis. [22]
Le FRP est utilisé dans les conceptions qui nécessitent une mesure de résistance ou de module d'élasticité que les plastiques non renforcés et autres choix de matériaux sont soit mal adaptés à la mécanique ou économiquement. Cela signifie que la considération principale de conception pour l'utilisation du FRP est de s'assurer que le matériau est utilisé sur le plan économique et d'une manière qui profite spécifiquement de ses améliorations structurelles. Ce n'est cependant pas toujours le cas, l'orientation des fibres crée également une faiblesse matérielle perpendiculaire aux fibres. Ainsi, l'utilisation du renforcement des fibres et de leur orientation affecte la résistance, la rigidité et l'élasticité d'une forme finale et donc le fonctionnement du produit final lui-même. L'orientation de la direction des fibres, unidirectionnelle, bidimensionnelle ou 3 dimension, affecte le degré de résistance, la flexibilité et l'élasticité du produit final. Les fibres orientées dans le sens des forces affichent une plus grande résistance à la distorsion de ces forces et vice versa, ainsi les zones d'un produit qui doivent résister aux forces seront renforcées avec des fibres dans la même direction, et les zones qui nécessitent une flexibilité, telles que les charnières naturelles, utiliseront les fibres dans une direction perpendiculaire aux forces. L'utilisation de plus de dimensions évite cela ou le scénario et crée des objets qui cherchent à éviter tout point faible spécifique en raison de l'orientation unidirectionnelle des fibres. Les propriétés de résistance, de flexibilité et d'élasticité peuvent également être agrandies ou diminuées par la forme géométrique et la conception du produit final. Ceux-ci incluent une telle considération de conception, comme garantir une épaisseur de paroi appropriée et créer des formes géométriques multifonctionnelles qui peuvent être moulées sous forme de pièces uniques, créant des formes qui ont plus de matériau et d'intégrité structurelle en réduisant les joints, les connexions et le matériel. [2]
En tant que sous-ensemble de plastiques en plastique, les plastiques sont responsables envers un certain nombre de problèmes et de préoccupations dans l'élimination et le recyclage des déchets plastiques. Les plastiques posent un défi particulier dans le recyclage car ils sont dérivés de polymères et de monomères qui ne peuvent souvent pas être séparés et retournés dans leurs états vierges, pour cette raison que tous les plastiques ne peuvent pas être recyclés pour être réutilisés, en fait, certaines estimations affirment que seulement 20% à 30% des plastiques peuvent être recyclés. Les plastiques renforcés par les fibres et leurs matrices partagent ces préoccupations d'élimination et environnementales. En plus de ces préoccupations, le fait que les fibres elles-mêmes soient difficiles à retirer de la matrice et à préserver pour la réutilisation signifie amplifier ces défis de FRP. Les FRP sont intrinsèquement difficiles à séparer en matériaux de base, c'est-à-dire en fibres et en matrice, et la matrice en plastiques, polymères et monomères utilisables séparés. Ce sont toutes des préoccupations pour la conception éclairée pour l'environnement aujourd'hui. Les plastiques offrent souvent des économies en énergie et en économies économiques par rapport à d'autres matériaux. De plus, avec l'avènement de nouvelles matrices plus respectueuses de l'environnement telles que les bioplastiques et les plastiques dégradables aux UV, le FRP gagnera une sensibilité environnementale. [1]
Thermoplastique renforcée à fibre longue
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>>>>> Remarque: Article provenant de https://en.wikipedia.org/wiki/fibre-reinforced_plastic <<<<