Principaux types de fibres utilisés dans les composites-hautes performances
1. Fibre de verre (fibre de verre)
Il existe de nombreuses variétés de fibre de verre, mais pour les composites, deux sont les plus courantes. La fibre de verre E-est le type standard dans presque tous les produits renforcés de fibre de verre-, tandis que la fibre de verre S-(également connue sous le nom de verre R-ou de fibre de verre T-) a une résistance à la traction nettement meilleure. La fibre de verre S-est généralement plus petite que la fibre de verre E-, a une meilleure adhérence dans la matrice de résine et les performances d'impact sont améliorées. Mais cela coûte beaucoup plus cher. La fibre de verre S-2 est une fibre de verre S- commerciale à plus haute résistance-, qui a deux fois la résistance à la traction de la fibre de verre E-typique et a également une rigidité environ 10 à 20 % plus élevée. Mais pour presque toutes les applications, la fibre de verre E suffit.
La fibre de verre est fabriquée en extrudant des produits minéraux fondus (1 700 degrés) (silice, oxyde d’aluminium et de calcium, etc.) à travers des trous de petit diamètre. En règle générale, les fibres de verre E- ont un diamètre d'environ 10 à 25 microns, ce qui les rend plus grandes que les fibres de carbone.
2. Fibre de carbone
Il existe de nombreuses variétés de fibres de carbone, avec des propriétés mécaniques et des coûts variables. La fibre de carbone n'est pas extrudée directement à partir du matériau fondu mais est fabriquée par traitement thermique de la fibre précurseur, y compris une pré-oxydation dans une atmosphère d'air et une carbonisation dans une atmosphère inerte. Sous tension, la structure du carbone au sein de la fibre s'aligne, contribuant ainsi à maximiser la résistance à la traction et la rigidité.
Le précurseur le plus couramment utilisé pour la fibre de carbone est la fibre de polyacrylonitrile (PAN). À l'heure actuelle, les fibres de carbone à module standard et moyen les plus courantes sont basées sur le précurseur PAN. Le module de la fibre de carbone préparée par le système précurseur d’asphalte (brai) est généralement plus élevé. Une seule fibre de carbone est généralement plus petite qu’une fibre de verre, avec seulement 5 microns de diamètre. La fibre de carbone à module est souvent classée en fibre de carbone à module standard, module intermédiaire (IM), module élevé (HM) et fibre de carbone à module ultra-haut.
Autres fibres de renforcement spécialisées dans l'industrie
Au-delà du verre et du carbone traditionnels, les applications spécialisées nécessitent des architectures de fibres uniques :
- Fibre d'aramide Kevlar :Une fibre aramide synthétique développée par DuPont. D'autres fibres d'aramide commerciales comprennent Twaron, Technora et Nomex. En tant que fibre de renfort pour les matériaux composites, la fibre aramide est principalement utilisée pour des applications à haute résistance à la traction et à la perforation, à l'usure et à la rupture. Ils sont souvent utilisés en combinaison avec de la fibre de carbone ou de la fibre de verre.
- Fibre de basalte :Fabriqué en utilisant un processus de fusion et d'extrusion similaire à la fibre de verre. Sa résistance à la traction et son module sont légèrement supérieurs à ceux de la fibre de verre E- mais inférieurs à ceux de la fibre de carbone. La densité est similaire à celle de la fibre de verre E-. Le prix se situe entre la fibre de verre E- et la fibre de carbone.
- Polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé :Le Dyneema et le Spectra sont tous deux des fibres fabriquées à partir de filaments extrudés de polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé (UHMWPE) ou de polyéthylène à module élevé (HMPE). L'UHMWPE est robuste, durable et fréquemment mélangé à des fibres de carbone pour améliorer la ténacité des composites et l'absorption de l'énergie d'impact.
- Polypropylène à haut poids moléculaire :Innegra est une fibre fabriquée à partir de polypropylène à haut poids moléculaire (HMPP). Bien qu'il ne soit pas aussi solide que le Kevlar ou le Dyneema, Innegra est solide et résistant aux chocs et à la casse à moindre coût.
- Fibres végétales :Les fibres de renforcement structurel les plus anciennes sont les fibres de bois et les fibres végétales (telles que le lin et le jute). Tout en offrant des avantages écologiques, les fibres végétales ont du mal à absorber l'humidité et présentent une plus large gamme d'incohérences mécaniques par rapport au verre E-technique.
- Fibres céramiques :Utilisé dans les composites à matrice céramique (CMC) pour une résistance aux températures extrêmement élevées. Les fibres de bore sans -oxyde possèdent une incroyable résistance à la compression, tandis que les fibres en carbure de silicium (SiC) offrent une dureté suprême.
Transition des fibres brutes vers des solutions structurelles : la différence LFT
Le simple mélange de fibres brutes avec des plastiques ne suffit pas pour les applications structurelles-à usage intensif. Les composés de fibres courtes -standard utilisent des fibres coupées de moins de 1 mm, qui agissent comme des charges particulaires mais ne parviennent pas à transmettre efficacement les contraintes mécaniques. C'est iciThermoplastiques à fibres longues (LFT/LFRT)deviennent incontournables.
En utilisant la technologie de mélange par pultrusion continue, LFT-G®aligne les fibres de verre E- ou les fibres de carbone PAN à l'intérieur de matrices polymères (comme PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). Dans le composant final moulé par injection-, ces fibres conservent une longueur de 10 à 12 mm, établissant ainsi uneRéseau squelette imbriqué en 3D. Ce squelette interne améliore considérablement :
- Résistance aux chocs :Absorbe les chocs mécaniques et empêche la propagation des fissures.
- Stabilité dimensionnelle :Diminue le retrait du moule et élimine la déformation.
- Capacités de remplacement du métal :Remplace les composants lourds en aluminium et en acier, réduisant ainsi le poids des pièces jusqu'à 50 %.
