CHAPITRE 2 – PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES
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5.2. Les fibres de verre de renforcement
La résistance mécanique très élevée des fibres de verre obtenues par étirage en continu a donné naissance à l’industrie des fibres de renforcement.
Les premières fibres de verre industrielles étaient destinées à l’isolement
des fils électriques à haute température. La composition du verre a assez
peu changé depuis cette première application qui date de 1930. On
l’appelle toujours verre E mais son principal usage actuel est le renforcement des résines thermodurcissables et thermoplastiques. Les fibres sont
obtenues par étirage à grande vitesse (10 à 50 m.s
–1 ) à partir d’orifices
multiples pratiqués dans le fond d’une filière en platine rhodié. La filière
est alimentée en verre fondu dont la viscosité est d’environ 10 Pa.s. La
surface des fibres est donc celle d’un liquide figé. Avant d’arriver sur le
bobinoir, elles sont mises en contact avec un « rouleau ensimeur ». Elles
se recouvrent ainsi d’une pellicule de solution aqueuse, « l’ensimage », qui
contient divers additifs solides qu’on peut classer en trois catégories :
– des « agents de collage » qui sont des émulsions de polymères (polyuréthane, acétate de polyvinyle, polyester, époxy, polyoléfine) assurant la cohésion des filaments entre eux ;
– des « agents de couplage » (organosilanes) qui faciliteront les liaisons
ultérieures des filaments avec la résine à renforcer ;
– des « agents lubrifiants » qui, en réduisant très fortement le coefficient de frottement des filaments entre eux, maintiennent la valeur
élevée de leur résistance mécanique.
Il n’est pas exagéré d’affirmer que, sans l’ensimage, les fibres de verre
de renforcement perdraient la plus grande partie de leur utilité.
Les filaments unitaires de verre E ont, à la température ambiante, une
résistance mécanique de 3,4 GPa. Selon les applications les filaments
sont associés à la résine à renforcer sous des formes très variées (fils continus, fibres broyées de 0,1 à 0,2 mm de longueur, feutres constitués de
fils continus ou coupés, tissus…). Ils supportent et transmettent les
efforts. La contrainte de rupture et le module de Young du composite sont
directement liés à la quantité de fibres que contient la résine.
Les fibres de verre sont aussi utilisées pour renforcer les panneaux de
plâtre, le papier d’emballage, les courroies et les bandes transporteuses
de caoutchouc, les toits en asphalte… Pour le renforcement du ciment, il
convient de choisir une composition verrière qui résiste aux milieux alcalins (verres contenant ZrO 2 ).
5.3. Fatigue statique
La résistance mécanique des articles en verre, déjà difficile à appréhender par suite de la nature aléatoire des microfissures qui endommagent
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5.2. Les fibres de verre de renforcement
La résistance mécanique très élevée des fibres de verre obtenues par étirage en continu a donné naissance à l’industrie des fibres de renforcement.
Les premières fibres de verre industrielles étaient destinées à l’isolement
des fils électriques à haute température. La composition du verre a assez
peu changé depuis cette première application qui date de 1930. On
l’appelle toujours verre E mais son principal usage actuel est le renforcement des résines thermodurcissables et thermoplastiques. Les fibres sont
obtenues par étirage à grande vitesse (10 à 50 m.s
–1 ) à partir d’orifices
multiples pratiqués dans le fond d’une filière en platine rhodié. La filière
est alimentée en verre fondu dont la viscosité est d’environ 10 Pa.s. La
surface des fibres est donc celle d’un liquide figé. Avant d’arriver sur le
bobinoir, elles sont mises en contact avec un « rouleau ensimeur ». Elles
se recouvrent ainsi d’une pellicule de solution aqueuse, « l’ensimage », qui
contient divers additifs solides qu’on peut classer en trois catégories :
– des « agents de collage » qui sont des émulsions de polymères (polyuréthane, acétate de polyvinyle, polyester, époxy, polyoléfine) assurant la cohésion des filaments entre eux ;
– des « agents de couplage » (organosilanes) qui faciliteront les liaisons
ultérieures des filaments avec la résine à renforcer ;
– des « agents lubrifiants » qui, en réduisant très fortement le coefficient de frottement des filaments entre eux, maintiennent la valeur
élevée de leur résistance mécanique.
Il n’est pas exagéré d’affirmer que, sans l’ensimage, les fibres de verre
de renforcement perdraient la plus grande partie de leur utilité.
Les filaments unitaires de verre E ont, à la température ambiante, une
résistance mécanique de 3,4 GPa. Selon les applications les filaments
sont associés à la résine à renforcer sous des formes très variées (fils continus, fibres broyées de 0,1 à 0,2 mm de longueur, feutres constitués de
fils continus ou coupés, tissus…). Ils supportent et transmettent les
efforts. La contrainte de rupture et le module de Young du composite sont
directement liés à la quantité de fibres que contient la résine.
Les fibres de verre sont aussi utilisées pour renforcer les panneaux de
plâtre, le papier d’emballage, les courroies et les bandes transporteuses
de caoutchouc, les toits en asphalte… Pour le renforcement du ciment, il
convient de choisir une composition verrière qui résiste aux milieux alcalins (verres contenant ZrO 2 ).
5.3. Fatigue statique
La résistance mécanique des articles en verre, déjà difficile à appréhender par suite de la nature aléatoire des microfissures qui endommagent