Regard sur les fibres de verre dans le plastique renforcé

Comme nous en avons discuté dans notre dernier article, des fibres de renforcement sont ajoutées aux résines plastiques pour augmenter la résistance à la traction  résistance et module de flexion du composite ainsi que la température de déflexion thermique du plastique. Dans cet article de blog, nous examinerons de plus près les fibres de verre.

Fibres de verre sont utilisés comme agent de renforcement pour de nombreux composites plastiques. Appelés GRP ou plastiques renforcés de verre, ces matériaux sont constitués de nombreuses fibres fines de verre combinées à une matrice plastique. Ces fibres sont produites à l'aide d'un processus en cinq étapes : 

1)      Mise en lots

Les matériaux utilisés pour fabriquer la fibre de verre sont la silice, le calcaire et le carbonate de sodium. La silice est le principal matériau utilisé pour former le verre tandis que le carbonate de sodium et le calcaire sont utilisés pour abaisser la température de fusion. D'autres matériaux sont utilisés pour améliorer diverses propriétés. Par exemple, le borax est utilisé pour rendre le verre plus résistant aux produits chimiques. Selon le verre spécifique fabriqué, le traitement peut également inclure de l'alumine calcinée, du feldspath, de la syénite néphélinique, du magnésium, de l'argile kaolinique et du bore. Le pesage des matières premières ensemble en quantités exactes s'appelle un lot.

2)      Fusion

Le lot est chauffé dans un four appelé avant-foyer à une température d'environ 2 500 °F. La température doit être soigneusement contrôlée pour garantir la production de fibre de verre de bonne qualité.

3)      Fibérisation

Le verre est d'abord extrudé puis atténué. Pendant le processus d'extrusion, le verre fondu sort de l'avant-corps et traverse une filière avec entre 200 et 8 000 orifices très fins. Il est chauffé électroniquement et refroidi par des jets d'eau lorsque les filaments sortent de la douille à environ 1204°C/2200°F. L'atténuation est le processus d'entraînement mécanique des flux de verre fondu extrudés en éléments fibreux appelés filaments, chacun d'un diamètre inférieur à un cheveu humain.

4)      Revêtement

Dans l'étape de traitement finale, un revêtement chimique ou un encollage est appliqué.

5)      Emballage 

Enfin, les filaments enduits sont rassemblés en un faisceau de 51 à 1 624 filaments qui sont enroulés sur un tambour formant quelque chose qui ressemble à une bobine de fil.   Ces fûts sont ensuite séchés dans un four après quoi ils sont expédiés tels quels ou transformés, par exemple transformés en fibre coupée, mèche ou fil.

Il existe plusieurs types de fibres de verre. Le plus courant est le verre E, appelé « E » car il était à l'origine utilisé pour des applications électriques. Il s'agit d'un verre alumino-borosilicaté avec moins de 1% en poids d'oxydes alcalins. Il est maintenant utilisé principalement pour renforcer les plastiques. Le verre E a été la première formulation de verre utilisée pour fabriquer des filaments continus et représente la majeure partie de la production de fibre de verre dans le monde. Le verre E est exempt d'alcalis et sa fabrication représente la plus grande utilisation de bore au monde. Il est sensible à l'attaque des ions chlorure, c'est donc un mauvais choix pour les applications marines. D'autres types incluent le verre A ou le verre alcalino-calcique avec peu ou pas d'oxyde de bore, le verre E-CR signifiant résistant aux produits électriques/chimiques avec du silicate d'alumino-calcaire et moins de 1% en poids d'oxydes alcalins. Les fibres de verre E-CR présentent une résistance élevée aux acides. Un autre type est le verre C, avec « C » pour « résistance chimique ». Le verre C est composé de verre alcalino-calcique à haute teneur en oxyde de bore utilisé pour les fibres discontinues de verre et l'isolation. En verre T, le « T » signifie « isolant thermique » et est une version nord-américaine du verre C. Il est utilisé comme verre soufflé de qualité isolante. De plus, il existe du verre D ou du verre borosilicaté à faible constante diélectrique, du verre R ("R" pour renfort) qui est un verre alumino-silicaté sans MgO et CaO avec des exigences mécaniques élevées. Enfin, le verre S ou verre rigide contient du verre alumino-silicaté sans CaO mais avec une teneur en MgO et a une résistance à la traction élevée. Il est utilisé pour construire des bâtiments et comme composite époxy pour les avions.

Les fibres de verre ne sont pas conductrices contrairement aux fibres de carbone. Bien qu'ils ne soient pas aussi solides ou rigides que la fibre de carbone, ils sont beaucoup moins chers et beaucoup moins cassants. La fibre de verre augmente la résistance à la traction et le module de flexion du composite.

Les composites en fibre de verre sont utilisés pour fabriquer des baignoires, des bateaux, des fosses septiques et d'eau, des planches de surf, des cannes à pêche, des pièces d'automobiles, des skis, des planches de surf, des clubs de golf, des piscines, des avions, des rames, des meubles, des lits de machines à rayons X et même les voitures dans les manèges.

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