Matériaux de renforcement

Fibre textile est le terme générique pour désigner les fibres fines de section approximativement circulaire filées à partir de verre fondu. Le verre textile est fabriqué à partir de verre E de haute qualité et, pour des applications spéciales, également à partir de verre R et de verre C. Le verre E est utilisé pour la fabrication d’objets en verre. Les valeurs relativement élevées de résistance et de module d’élasticité sont une conséquence des fortes liaisons entre le silicium et l’oxygène dans un réseau spatial. En raison de leur structure amorphe, les fibres de verre sont isotropes, contrairement aux fibres de carbone ou d’aramide.

Après la fabrication, un ensimage est appliqué sur la fibre de verre fraîchement formée. Celle-ci colle les filaments, protège la surface et constitue un agent adhésif pour la matrice.

Les fibres de carbone ou fibres C sont composées à plus de 90% de carbone pur et ont un diamètre de 5 à 10 micromètres.
Les matières premières utilisées sont généralement le PAN (fibres de polyacrylonitrile), la poix ou la cellulose.

Caractéristiques spéciales

• très résistant jusqu’à env. 2.500°C
• très anisotrope
• dilatation thermique négative dans le sens des fibres
• conducteur thermique et électrique
• bonne tolérance corporelle
• sensible au pliage et à la pression
• très résistant à la corrosion
• très cher

Après la fabrication, les fibres C subissent un traitement de surface. La surface est alors oxydée afin de produire le plus grand nombre possible d’oxydes de surface qui peuvent former des liaisons chimiques avec le système de matrice. La surface des fibres est immédiatement soumise à la finition des fibres après le prétraitement. Il s’agit d’une substance qui doit d’abord empêcher l’accumulation d’eau sur la surface active et qui contient les groupes fonctionnels permettant de se lier au système de matrice.

Les fibres d’aramide (Kevlar) sont des polymères organiques linéaires d’une résistance et d’une rigidité élevées. Comme la fibre C, la fibre aramide présente un coefficient de dilatation thermique négatif (effet entropique) en raison de sa forte orientation moléculaire.

Caractéristiques spéciales

• fibre de renforcement la plus légère
• très sensible à la pression
• fortement anisotrope
• forte absorption d’humidité
• Sensibilité aux UV
• mauvaise adhérence à la matrice
• mauvais usinage par enlèvement de copeaux
• très cher

La surface de la fibre d’aramide est chimiquement inerte et très lisse. Ainsi, une adhérence chimique ou mécanique à la matrice est en grande partie exclue. L’enduction appliquée n’a ici qu’une fonction de protection.on.

Fibre de cellulose

La fibre de cellulose fait partie du groupe des fibres organiques de renforcement. Elle est généralement composée de pâte au sulfite provenant du bois de hêtre ou de cellulose de coton pur.

Aux débuts de la technologie des fibres composites, cette fibre était utilisée pour renforcer les résines phénoliques. Aujourd’hui encore, on la trouve dans les produits en papier dur phénolique.

Fibre de Pan

La fibre polyacrylonitrile fait partie du groupe des fibres de renforcement organiques synthétiques.
La fibre PAN est une fibre à haute résistance avec une section transversale réniforme. Elle est surtout utilisée comme matériau de remplacement dans les produits en amiante-ciment et dans les garnitures de frein.

Fibre de polyéthylène

La fibre de polyéthylène fait partie du groupe des fibres de renforcement organiques synthétiques.

La fibre PE est constituée de PE UHMW fortement étiré. Leur point de fusion est d’environ 150°C et ils ont tendance à ramper. Elle a toutefois une grande capacité d’absorption de l’énergie d’impact et est utilisée de préférence comme matériau hybride (en combinaison avec d’autres fibres de renforcement).

Fibre céramique

La fibre céramique fait partie du groupe des fibres de renforcement synthétiques inorganiques.
La fibre céramique est utilisée pour renforcer les matériaux métalliques.

Bois-fibres

La fibre de bois fait partie du groupe des fibres de renforcement organiques naturelles.

Les farines de bois utilisées pour renforcer les masses à mouler au phénol-formaldéhyde et à la mélamine-formaldéhyde sont généralement des fibres de bois finement broyées provenant de l’épicéa ou du hêtre..

Fibres de polyéther (PET)

Les fibres de polyester appartiennent au groupe des fibres de renfort organiques synthétiques.
Ils sont principalement utilisés pour les textiles. La résistance à la traction est proche de celle des fibres polyamides, mais dépasse la résistance aux chocs de la plupart des fibres synthétiques. Lorsqu’elles sont combinées à des fibres de verre, les fibres de verre utilisées dans les matériaux composites permettent d’améliorer la résistance aux chocs.

Fibre d’amiante

La fibre d’amiante fait partie du groupe des fibres de renforcement inorganiques naturelles.

L’amiante est la plus ancienne fibre inorganique et a été extraite de gisements minéraux naturels (silicates de Mg et de Na hydratés). Pour des raisons connues, ils ne sont plus utilisés aujourd’hui et sont remplacés.

Fibre métallique

Les fibres métalliques appartiennent au groupe des fibres de renforcement synthétiques inorganiques.
Les fibres métalliques peuvent être fabriquées en acier, laiton, bronze, cuivre, aluminium, argent, or et platine.
Les fibres métalliques sont utilisées pour renforcer les matériaux métalliques.

Fibre de sisal

La fibre de sisal fait partie du groupe des fibres de renforcement naturellement organiques.

Elle n’a toutefois pas réussi à s’imposer malgré son prix inférieur à celui de la fibre optique.

Ce n’est que lorsqu’on a cherché un matériau de substitution à l’amiante pour la fabrication de plaquettes de frein que le sisal est revenu sur le devant de la scène.

Fibre de polyamide

La fibre polyamide fait partie du groupe des fibres de renforcement organiques synthétiques.

Les fibres polyamides les plus importantes sur le plan technique sont basées sur le PA 66 et le PA 6. En association, elles améliorent surtout l’élasticité et la résistance aux courants de fuite.

Fibre de bore

La fibre de bore fait partie du groupe des fibres de renforcement synthétiques inorganiques.

La fibre de bore est fabriquée selon le procédé de la cire. Le substrat utilisé est le tungstène. Un mince fil de tungstène est chauffé électriquement et le bore se sépare de la phase gazeuse.

Les fibres de bore sont utilisées pour renforcer les matériaux métalliques.

Whisker

Whisker fait partie du groupe des agents de renforcement inorganiques synthétiques.
Les trichites sont des fibres inorganiques monocristallines fabriquées synthétiquement. Si l’on parvient à orienter cette fibre avec une masse fondue, on obtient un matériau composite d’une énorme résistance.