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Informations générales sur les fibres composites

  • Informations générales sur les fibres composites
    • Les fibres composites sont des matériaux mixtes ou multiphases constitués essentiellement de deux composants principaux : la matrice enveloppante (plastique, résines synthétiques) et les fibres de renfort (par exemple : verre, carbone, polymères ou céramiques).
      Les fibres sont entourées entre elles par la matrice comme des faisceaux serrés élastiquement.

      L’association de ces deux composants confère au matériau des propriétés bien supérieures à celles de l’un ou l’autre des deux composants utilisé individuellement.

      Avantage : en principe, les composites de fibres sont plus stables que leur homologue monocomposant en plastique pour un poids identique.

      Toutefois, étant donné que ces fibres sont responsables de la transmission de la charge principale dans le composant, la fibre doit être alignée en fonction des lignes de charge au sein du composant.


Les types de fibres suivants sont les plus utilisés dans la fabrication de composites de fibres :

  • Fibres de verre (GRP)
  • Fibres de carbone (CFRP)
  • Fibres céramiques ou minérales (par exemple, à partir d’oxyde d’aluminium ou de fibres de basalte)
  • Fibres de nylon
  • Fibres d’aramide
  • Fibres naturelles
  • Fibres d’acier
  • Fibres de bore

Les fibres de verre sont également les fibres les plus utilisées, avec une part de marché de plus de 90 %. Selon l’application, la longueur des fibres de verre de renforcement est généralement comprise entre 10 et 300 µm. Les fibres de plus de 1 mm de long sont déjà considérées comme « longues » dans le secteur de la transformation de plastiques.

Les polymères les plus utilisés comme matériau de matrice d’incorporation sont les suivants :

Thermodurcissement : résines phénoliques, résines polyester, résines époxy et résines polyimides

Thermoplastiques : polypropylène, polyamide, polyphénylsulfure, polyétheréthercétone, polysulfone, polyétherimide, polyphénylsulfone, polyéthersulfone et polyamideimide

Le polyamide 6.6 est couramment utilisé comme matériau de matrice, mélangé à 20-50 % en poids de fibres de verre.

Les procédés utilisés pour la production de composants en fibres composites sur mesure sont les suivants :

  • Processus de drapage à la main
  • Drapage à la main à l’aide de presses à vide
  • Pulvérisation de fibres
  • Enroulement de fibres
  • Infusion sous vide
  • Technologie des préimprégnés (par exemple dans la construction aéronautique)
  • Moulage par injection
  • Extrusion
  • Préimprégné en feuille (SMC)
  • Béton renforcé de fibres

Cependant, la majorité des pièces en plastique renforcé de fibres sont produites à moindre coût par moulage par injection.


Zones d’application

Les tendances et avancées récentes dans la fabrication et la réduction des coûts des matériaux composites ont entraîné une augmentation de leur utilisation dans les marchés du transport et de l’industrie, ainsi que dans de nombreux autres marchés, en plus de leur utilisation traditionnelle dans le domaine aérospatial. Stimulés par le durcissement des réglementations gouvernementales sur les émissions des véhicules, la nécessité d’alléger les véhicules et la demande croissante des consommateurs finaux pour des produits de plus en plus performants, les matériaux et pièces composites font de plus en plus partie des spécifications de conception quotidiennes des ingénieurs. Ces composites sont utilisés dans une grande variété d’applications, notamment pour réduire le poids, améliorer la résistance à l’environnement, l’esthétique, les options de conception et le rapport rigidité/poids. 


Liaison adhésive pour les composites de fibres dans le mélange de matériaux

Afin de permettre l’optimisation des conceptions et des performances, les composites nécessitent de nouvelles méthodes de collage ou d’assemblage, qui vont au-delà des méthodes mécaniques et thermiques traditionnelles. Heureusement, les progrès réalisés dans la conception des adhésifs structurels, notamment les époxydes, les acryliques et les uréthanes, ont permis aux concepteurs de créer des produits qui répondent aux exigences d’intégrité structurelle, sans utiliser d’attaches mécaniques, de rivets ou de soudure. En outre, ces colles structurales sont parfaitement compatibles avec de multiples substrats, notamment les plastiques, les métaux et les composites, sans pour autant sacrifier leurs propriétés de performance.

Même les plastiques à faible énergie de surface (LSE), tels que la polyoléfine thermoplastique (TPO), le polypropylène (PP) et le polyéthylène (HDPE, par exemple), qui devaient auparavant être fixés mécaniquement ou thermosoudés, peuvent désormais être collés avec des colles structurales spéciales.

Pour assembler des composites ou des matériaux mixtes, les fixations mécaniques, notamment les clips et les vis, peuvent être utilisées sur pratiquement toutes les surfaces. Cependant, ils nécessitent des étapes supplémentaires pour mouler ou créer les caractéristiques de l’attache. Cela peut conduire à des accumulations de contraintes, qui peuvent entraîner des fissures plastiques et des défaillances prématurées. De même, le perçage de trous dans les matériaux composites entraîne une réduction de leur résistance en raison de l’introduction de fractures dans la matrice et les fibres de renforcement. Toutes les méthodes de fixation mécanique entraînent une augmentation du poids et souvent une moindre finition esthétique.

Pour certains composites, le soudage à chaud et par friction est une alternative répandue Cependant, ces techniques de soudage consomment beaucoup d’énergie, nécessitent un outillage lourd et sont limitées dans les géométries et les combinaisons de substrats qui peuvent être traitées. En plus de former des assemblages solides, les colles structurales peuvent réduire les coûts généraux tout en augmentant la durabilité des produits. De plus, elles sont généralement plus légères que les fixations mécaniques. Les colles améliorent la longévité de l’assemblage, car elles répartissent les contraintes sur l’ensemble de la zone collée, contrairement aux fixations mécaniques, aux rivets et aux soudures par points qui peuvent créer une accumulation de contraintes et engendrer des points faibles sur les substrats. En outre, l’utilisation de colles permet de sceller l’ensemble de la zone d’assemblage, tout en assurant un joint de haute résistance. La facilité avec laquelle le collage permet de combiner différents matériaux est un autre avantage considérable par rapport aux méthodes mécaniques traditionnelles. Par exemple, les colles structurales empêchent la formation de corrosion galvanique entre des métaux dissemblables. Enfin, l’aspect plus soigné des joints collés par rapport aux fixations mécaniques permet de fabriquer des produits plus beaux et plus efficaces sans travaux de finition supplémentaires. Ainsi, le collage pourrait être la meilleure option pour assembler la prochaine génération de composites et de plastiques techniques. 

Colles appropriées

Pour l’assemblage de matériaux légers, de nombreux produits ont été développés, y compris par 3M. Ceux-ci sont parfaitement adaptés pour le remplissage ou l’assemblage efficace de composites en fibres, de systèmes multimatériaux et de plastiques à basse énergie.

Voici quelques exemples :

  • les colles de construction en résine acrylique ou époxy à base de polyuréthanes Structural 1-K et 2-K
  • Les films adhésifs structurels pour les composites ainsi que les plastiques à base de résine époxy haute performance.
  • Les mastics de faible densité de noyautage et de bordure conviennent pour renforcer les structures en nid d’abeille hautement rigides, notamment dans la construction automobile ou aéronautique.
  • Les rubans adhésifs en mousse acrylique peuvent remplacer les rivets ou les clips.
SUBSTRAT 2
Métaux
  • Aluminium
  • Acier laminé à froid
  • Acier galvanisé
Époxy renforcé de fibres
  • Fibre de carbone (CFRP)
  • Fibre de verre
Thermodurcissables renforcés de fibres
  • Polyester (FRP)
  • Phénolique
  • SMC
Thermoplastiques
  • Polyoléfine
  • PET
Autres thermoplastiques
  • Acrylique/PMMA
  • Polycarbonate (PC)
  • PVC rigide et Polystyrène choc
Nylon renforcé de fibres

SUBSTRAT 1

Métaux DP420NS
DP125 Gris
DP420NS
DP6310NS
DP6310NS
DP8410NS
DP8010 Bleu DP8410NS
DP6310NS
DP6310NS
  • Aluminium
  • Acier laminé à froid
  • Acier galvanisé
Époxy renforcé de fibres DP420NS
DP6310NS
760
DP6310NS
DP8410NS
760
DP8010 Bleu DP8410NS
DP6310NS
DP6310NS
  • Fibre de carbone (CFRP)
  • Fibre de verre
Thermodurcissables renforcés de fibres DP6310NS
DP8410NS
760
DP8010 Bleu DP8410NS
DP6310NS
DP6310NS
  • Polyester (FRP)
  • Phénolique
  • SMC
Thermoplastiques DP8010 Bleu DP8010 Bleu DP8010 Bleu
  • Polyoléfine
  • PET
  • PEHD
Autres thermoplastiques DP8010 Bleu DP8010 Bleu
  • Acrylique/PMMA
  • Polycarbonate (PC)
  • PVC rigide et Polystyrène choc
Nylon renforcé de fibres DP6310NS

Un exemple de ces colles est la colle uréthane composite multi-matériaux 3M™ Scotch-Weld™ DP6330NS. Il s’agit d’une colle polyuréthane verte, bicomposant thixotrope pour le collage de matériaux composites, de plastiques, de bois et de métaux. Cet adhésif flexible offre une bonne absorption des vibrations et des contraintes pour une fixation durable de pièces en matériaux composites et l’assemblage de nombreux matériaux.

Lorsque vous utilisez un adhésif Duo-Pak (DP), faites appel au matériel de distribution 3M pour mesurer, mélanger et distribuer avec précision. Spécialement conçue pour les assemblages de plusieurs matériaux et de matériaux composites, notre colle uréthane composite multi-matériaux 3M™ Scotch-Weld™ DP6330NS offre des performances et une résistance exceptionnelles. Elle présente une excellente élongation et des propriétés de contrainte-déformation pour une fixation durable de pièces en matériaux composites et l’assemblage de divers matériaux, y compris le bois, les métaux et les plastiques. Avec un rapport de mélange de 1:1, cet adhésif vert offre 30 minutes de temps de pose et se fige en environ 2 heures. Il présente une excellente résistance à l’eau et à l’humidité avec une très bonne résistance chimique. Applications recommandées : collage de panneaux composites ou plastiques sur des cadres métalliques ; collage de matériaux composites entre eux ; la colle uréthane composite multi-matériaux 3M™ Scotch-Weld™ DP6330NS peut remplacer les rivets et les vis pour l’assemblage des composites à d’autres substrats, en fournissant une ligne de liaison plus esthétique et plus résistante aux contraintes mécaniques. Il adhère également bien à la plupart des métaux, sans nécessiter de couche d’apprêt.



rouleau adhésif 3M sur fond noir

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SÉLECTEUR DE PRODUIT

Lors de la conception de joints collés, les éléments suivants doivent être pris en compte :

  • Les contraintes causées par les différentes dilatations thermiques doivent être évitées.
  • Tout écart dans l’épaisseur de la couche adhésive doit être évité.
  • Utiliser des colles à faible rétraction
  • Éviter les résidus excessifs de colle.
  • Garantir un environnement de durcissement constant. La pellicule extérieure de la colle ne doit pas être endommagée par une température de durcissement excessive.
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Comment pouvons-nous vous aider ?

Travaillons ensemble ! Les produits 3M évoluent constamment pour mieux répondre aux besoins des clients. Si vous avez besoin d'aide pour trouver le produit adéquat pour votre projet ou si vous avez d'autres questions sur les solutions 3M : Appelez-nous au 09 69 321 478

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