Les 3 meilleurs types de fibres pour les composites renforcés de fibres

Types de fibres

Les types de fibres pour le béton renforcé de fibres existent dans de nombreuses tailles, formes, couleurs et saveurs différentes.

Voici quelques exemples de types de fibres :

Fibres macrosynthétiques : Les macrofibres synthétiques, également connues sous le nom de fibres synthétiques "structurelles", sont constituées d'un mélange de polymères et ont été conçues pour remplacer les fibres d'acier dans certaines applications.

Fibres micro-synthétiques : Les microfibres sont utilisées dans le béton pour prévenir les fractures de retrait causées par le retrait plastique. Les fractures de retrait plastique se forment lorsque le béton est encore mou ou mobile. La perte d'humidité à la surface du béton est la cause la plus fréquente de ces fissures.

Fibres d'alcool polyvinylique (PVA) : La filature humide produit des fibres d'alcool polyvinylique à haute résistance avec un alcool polyvinylique à haut module (PVA) comme matière première principale.

Fibres d'acier : La fibre d'acier est un type de fibre métallique utilisée pour renforcer les structures.

Mélanges d'acier et de micro/macro : Ces mélanges permettent de réduire la fissuration par retrait plastique tout en donnant au béton une ténacité accrue et une capacité de charge après fissuration qui ne peut être atteinte qu'avec des fibres d'acier et des macro-fibres synthétiques.

Fibres de verre : Les fibres de verre permettent de produire des pièces extrêmement fines avec une résistance élevée à la traction. Par rapport aux panneaux traditionnels en béton armé, les panneaux en béton armé de verre (GRC) permettent de réduire jusqu'à dix fois le poids et l'épaisseur du béton.

Fibres spécialisées : Les fibres optiques présentant au moins une caractéristique spécifique qui les différencie des fibres normales sont appelées fibres optiques spécialisées.

Fibres de cellulose : elles sont fabriquées à partir de pâte de bois transformée ou de cotons et sont utilisées pour réguler et atténuer la fissuration due au retrait du plastique, de la même manière que les fibres micro-synthétiques. Les fibres à base de cellulose sont de deux types : la cellulose régénérée ou pure, telle que celle issue du procédé cupro-ammonium, et la cellulose modifiée, telle que les acétates de cellulose.

Types courants de composites renforcés de fibres/FRC

Tout matériau de construction composé d'au moins deux éléments constitutifs ayant des qualités physiques différentes est appelé composite renforcé par des fibres. Les composites renforcés de fibres（ou FRC） sont conçus pour fournir des matériaux présentant une résistance et un module spécifiques élevés.

1. les composites à matrice métallique renforcés par des fibres (MMC)

Les composites à matrice métallique (MMC) sont un type de matériau léger à haute résistance spécifique utilisé dans un certain nombre d'industries, en particulier l'automobile, l'aérospatiale et la gestion thermique.

Les composites à matrice métallique renforcée par des fibres offrent un ensemble diversifié de qualités matérielles qui peuvent être utilisées pour répondre à une variété de besoins en matière de conception et d'application. Ils associent la résistance et le module d'une fibre à la flexibilité et à la résistance à l'oxydation d'une matrice.

Le renforcement de la dispersion et le blocage des dislocations sont deux façons dont les particules améliorent les caractéristiques mécaniques d'une matrice.

Le renforcement par des fibres, quant à lui, s'associe à la matrice pour produire un corps composite solide. Les fibres supportent la majorité des contraintes appliquées et ne sont généralement pas considérées comme des barrières au mouvement de dislocation.

Lorsque des particules sont utilisées comme renforts, elles confèrent au matériau des qualités isotropes, tandis que les trichites et les fibres lui confèrent une certaine directionnalité. Dans la direction parallèle à l'axe des fibres, les caractéristiques d'un fiber composite sont supérieures à celles de la direction transversale.

Domaines d'application les plus courants des matériaux composites à matrice métallique renforcée :

1. Poussoirs pour moteurs de course
Les poussoirs de soupapes des moteurs sont fabriqués en MMC d'aluminium renforcé par des fibres. Les fibres d'Al2O3 sont utilisées comme matériau de renforcement, tandis que les alliages d'aluminium sont utilisés comme matrice. Les poussoirs de soupapes de moteurs fabriqués en MMC d'alumine offrent une rigidité en flexion 25% supérieure et une capacité d'absorption deux fois plus importante que des composants similaires fabriqués en acier ordinaire.

2. Forets en carbure
Le carbure (Carb) est le plus résistant et le plus fragile des matériaux utilisés pour les mèches. Il est principalement utilisé pour le forage de production, ce qui nécessite l'utilisation d'un porte-outil et d'un équipement de haute qualité. Il ne doit pas être utilisé dans les perceuses à colonne ou les perceuses manuelles.

3. Armures de chars d'assaut
Les MMC à gradient ont une longue histoire d'application dans les systèmes militaires. Les MMC à gradient, par exemple, peuvent être utilisés comme plaques de protection sur les chars et les véhicules blindés en raison de leur dispersion constante de particules renforcées de céramique.

4. Industrie automobile - freins à disque, arbre de transmission, moteurs.
Le composite à matrice polymère renforcée de fibres de carbone est le principal matériau utilisé dans la création de la carrosserie de certains véhicules de sport extrêmement coûteux, tels que Bugatti.

5. Composants de l'avion - élément structurel du train d'atterrissage de l'avion.
Le train d'atterrissage, également appelé train de roulement, est un système complexe qui comprend des éléments structurels, des systèmes hydrauliques, des composants d'absorption d'énergie, des freins, des roues et des pneus. L'acier à haute résistance et l'alliage de titane sont les matériaux les plus souvent utilisés pour les trains d'atterrissage, car ils offrent une résistance statique élevée, une excellente ténacité à la rupture et une grande résistance à la fatigue.

Les principaux objectifs du train d'atterrissage, qui relie la structure de base de l'avion à son train d'atterrissage, sont de permettre à l'avion de rouler, d'atterrir en toute sécurité et de décoller, ainsi que de soutenir l'avion pendant le reste de l'opération au sol.

6. Cadres de bicyclettes
La bicyclette fait depuis longtemps partie de la vie quotidienne. C'est aussi un moyen de transport essentiel. Les cadres de bicyclettes sont généralement fabriqués en soudant des tubes métalliques composés de matériaux à base de fer, d'aluminium ou de titane, mais plus récemment, des tubes en PRFV fabriqués à partir de fibres de carbone ou de fibres aramides sont utilisés pour construire un cadre de bicyclette de meilleure qualité ou plus léger. Pour répartir la charge, la plupart des bicyclettes sont aujourd'hui fabriquées à partir de tubes en alliage d'acier, d'aluminium ou de titane traités thermiquement.

Les tuyaux en PRFV et les joints ou pattes métalliques sont collés ensemble par un adhésif dans la structure d'un cadre de bicyclette à tuyaux en PRFV, mais les cadres en PRFV avec pattes en PRFV sont préférables lorsqu'il s'agit d'alléger ou d'obtenir les caractéristiques requises du cadre, telles que la résistance mécanique et la rigidité, qui conviennent le mieux à un usage particulier.

7. Systèmes spatiaux
Les FRC sont utilisées dans les véhicules aérospatiaux, les véhicules de lancement et les engins spatiaux pour les projets spatiaux, ainsi que dans le secteur des sports et des jeux. Seules les FRC peuvent fournir le rapport résistance/poids nécessaire tout en respectant toutes les normes.

L'utilisation de composites renforcés de fibres (FRC) dans les applications industrielles et cliniques se développe afin de soutenir la croissance dans tous les domaines de la technologie de réduction. Les FRC ont fait l'objet d'une attention particulière dans l'industrie chimique et dans d'autres secteurs.

Composites à matrice céramique renforcée par des fibres (CMC)

Les composites à matrice céramique (CMC) sont devenus plus importants dans l'industrie en raison de leurs propriétés uniques. Les composites à matrice céramique (CMC) sont une forme de matériau composite dans lequel le renfort (fibres réfractaires) et la matrice sont tous deux en céramique. Ils ont été créés pour remédier au manque de durabilité des matériaux céramiques monophasés. Les composites à matrice céramique utilisent un renfort en céramique dans une matrice céramique pour obtenir des caractéristiques améliorées.

1. Secteur aérospatial (turbines à gaz, protection thermique des structures de rentrée)
Les matériaux céramiques offrent des qualités uniques telles que des capacités à haute température, une rigidité et une résistance élevées, ainsi qu'une résistance supérieure à l'oxydation et à la corrosion, et deviennent de plus en plus importants dans les applications aéronautiques.

Lorsqu'ils sont utilisés pour des applications à haute et ultra-haute température, les matériaux céramiques ont une densité inférieure à celle des matériaux métalliques, ce qui en fait d'excellents candidats pour les composants légers de la section chaude des moteurs à turbine des avions, les tuyères d'échappement des fusées et les systèmes de protection thermique des véhicules spatiaux.

En raison de leur capacité à résister aux températures élevées (point de fusion élevé), de leur rigidité et de leur solidité élevées, ainsi que de leur grande résistance à l'oxydation et à la corrosion, les céramiques sont des matériaux essentiels pour les applications aéronautiques. Les matériaux céramiques ont également des densités plus faibles et, par conséquent, des résistances spécifiques plus importantes que les matériaux métalliques.

2. Le secteur de l'énergie (échangeurs de chaleur, parois des réacteurs de fusion)
Les composites à matrice céramique (CMC) sont largement utilisés dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'énergie (turbines à gaz, protection thermique des structures de rentrée dans l'atmosphère) (échangeurs de chaleur, parois des réacteurs de fusion).
Les tubes de chauffage par rayonnement, les échangeurs de chaleur, la récupération de chaleur, les filtres à particules de gaz et de diesel et les composants des turbines terrestres pour la production d'énergie ne sont que quelques exemples de produits utilisés dans les industries de l'énergie et de l'environnement.

Ces applications nécessitent un joint permanent ou temporaire entre les composants CMC et les matériaux environnants.

Les céramiques présentent une plus grande résistance à l'usure, des qualités mécaniques et une réduction des contraintes sur la dent voisine au niveau de la limite entre la restauration et la dent, ce qui constitue l'une des différences entre les céramiques et les matériaux composites. Les inlays, les restaurations couvrant les cuspides telles que les couronnes et les on lays, ainsi que les facettes extrêmement attrayantes sont tous possibles avec la céramique.

Les coques de bateau, les panneaux de piscine, les carrosseries de voitures de course, les cabines de douche, les baignoires, les réservoirs de stockage et les éviers et comptoirs en imitation de granit et de marbre de culture ne sont que quelques exemples de matériaux composites utilisés dans les bâtiments, les ponts et les constructions. Ils sont également de plus en plus utilisés dans les applications automobiles générales.

3. Composites carbone/carbone renforcés par des fibres (C/C)

Les composites à matrice de carbone renforcée par des fibres de carbone (composites C/C) sont devenus l'un des matériaux d'ingénierie les plus avancés et les plus prometteurs d'aujourd'hui.
Les fibres de carbone et les matrices de carbone sont utilisées pour fabriquer des composites carbone/carbone.

Pour résister aux rigueurs des environnements difficiles, les composites carbone/carbone utilisent la résistance et le module des fibres de carbone pour renforcer une matrice de carbone. Les composites carbone/carbone se sont avérés fiables et rentables dans les systèmes, en particulier lorsque plusieurs composants d'un assemblage peuvent être remplacés par une conception composite carbone/carbone d'une seule pièce.

● Fixation du four
Les applications des matériaux C/C en tant que fixations et grilles dans les applications de traitement thermique sont pratiquement infinies. Comme pour toutes les autres solutions technologiques avancées, il est essentiel de commencer par faire correspondre les capacités du matériau aux besoins de fabrication.

● Boucliers thermiques
Dans une atmosphère inerte, les composites carbone/carbone (C/C) présentent une meilleure résistance à haute température. La résistance et la rigidité, ainsi que la ténacité à la rupture, sont des caractéristiques importantes à prendre en compte. Résistance à l'oxydation à haute température, capacité de frottement et conductivité thermique.

● Plaques de charge
Le moment de flexion est calculé en multipliant par huit la longueur de la travée par le poids à supporter. Le moment de flexion maximal serait de 12 x 600/8 = 900 pieds-livres pour une poutre couvrant une pièce de 12 pieds et supportant un poids de 600 livres.

● Éléments chauffants
Le transfert de chaleur dans tout composite constitué d'une disposition orthogonale de fibres dans une matrice est contrôlé par les conductivités thermiques des deux composants, leur fraction volumique relative et leur disposition géométrique.

Lorsque la matrice contient de la porosité (fissures ou pores), il est nécessaire de tenir compte d'une troisième phase car un pore est une barrière au flux de chaleur, et sa présence et sa distribution ont un impact significatif sur le transfert de chaleur. La combinaison de la conductivité thermique solide et de la conductivité radiative donne la conductivité thermique effective du composite C/C en fonction de la température.

● Et des cibles à rayons X
Les procédés non destructifs tels que la tomographie à rayons X, qui peuvent fournir non seulement des informations sur la densité et la porosité, mais aussi une vision en 3D avec identification des pores fermés et ouverts, ainsi qu'une localisation précise de ces défauts, présentent un grand intérêt pour l'industrie, car ils peuvent fournir non seulement des informations sur la densité et la porosité, mais aussi une vision en 3D avec identification des pores fermés et ouverts, ainsi qu'une localisation précise de ces défauts, présentent un grand intérêt pour l'industrie.

Pour mettre clairement en évidence les fissures et les trous, la tomographie à rayons X a été utilisée pour reconstruire la microstructure d'un composite carbone/carbone (C/C).

● Les tuyères de fusée doivent résister à une augmentation de température extrêmement rapide dans une atmosphère hautement corrosive tout en conservant un haut degré d'intégrité.
Le conflit entre le transport de la réaction et le transfert de masse hétérogène, associé aux différences de réactivité entre les phases constitutives, est abordé dans la modélisation de la fusion des composites carbone/carbone (C/C) utilisés comme pièces chaudes dans les moteurs de fusée.

Les composites carbone/carbone (C/C) présentent un certain nombre d'avantages relatifs, notamment un rapport élevé entre les caractéristiques mécaniques et la densité à haute température, une faible dilatation thermique et une fabrication rentable de pièces de petite et de grande taille.

L'écoulement au cœur de la tuyère est très turbulent dans les conditions de mise à feu de la fusée, de même que les couches limites. En raison de la température élevée, les réactions homogènes dans la phase gazeuse se produisent rapidement et le mélange gazeux est toujours en état d'équilibre chimique.

4. Composites à matrice polymère (PMC) renforcés par des fibres ou composites polymères

Les PMC sont constitués d'une phase continue de polymères organiques et d'une phase dispersée de fibres renforcées. La résistance à la rupture, la résistance à la traction et la rigidité sont toutes contrôlées par les fibres de renforcement.

Le polycarbonate, le polypropylène et le polyéthylène sont des matériaux thermoplastiques couramment utilisés dans la fabrication d'articles médicaux en plastique, ainsi que dans la formulation de polymères spécialisés pour répondre à des applications particulières de dispositifs médicaux.

En offrant les avantages suivants, les polymères et les composites à matrice polymère ont contribué à améliorer la qualité des soins de santé tout en sauvant d'innombrables vies : Faciliter le maintien de la stérilité. Les polymères permettent de fabriquer des outils et des dispositifs jetables et abordables, notamment des seringues, des cathéters et des gants chirurgicaux.

● les dispositifs médicaux ;
● tels que les scanners IRM,
● Scanners C,
● Canapés à rayons X,
● les plaques de mammographie, les tableaux,
● les outils de ciblage chirurgical,
● les fauteuils roulants,
● les prothèses.

Pourquoi la FRC est-elle utilisée ?

Le béton renforcé par des fibres présente une résistance à la traction plus élevée que le béton non renforcé. Il améliore la durabilité à long terme du béton. Il ralentit la propagation des fissures et améliore la résistance aux chocs.

Le béton fibré améliore la résistance au gel et au dégel. Il se compose de ciment, de mortier ou de béton mélangé à des fibres appropriées qui sont discontinues, distinctes et uniformément réparties.

Les fibres sont couramment utilisées dans le béton pour prévenir les fissures causées par le retrait du plastique et le retrait de séchage. Elles limitent également la perméabilité du béton, ce qui réduit l'infiltration d'eau.

● Résistance à la traction
La distribution et l'orientation des fibres d'acier dans la matrice du béton déterminent le comportement à la traction du béton renforcé de fibres à ultra-hautes performances (UHPFRC).

Le développement du béton fibré à ultra-hautes performances (UHPFRC) est le résultat d'années d'études sur la manière d'augmenter les performances du béton à haute résistance à la traction.

La présence de fibres d'acier est l'élément le plus important qui contrôle le comportement à la traction de l'UHPFRC. L'ajout de fibres d'acier à l'UHPFRC améliore sa flexibilité, sa solidité et sa résistance à la rupture.

● Augmente la durabilité du béton.
La capacité à survivre longtemps sans dégradation notable est appelée durabilité. Une substance durable est bénéfique pour l'environnement car elle permet d'économiser des ressources, de réduire les déchets et d'atténuer l'impact environnemental de l'entretien et du remplacement.

Le développement de matériaux de construction de remplacement épuise les ressources naturelles et risque de polluer l'air et l'eau. La durabilité du béton peut être caractérisée comme sa capacité à faire face à la corrosion, aux dommages chimiques et à l'abrasion tout en préservant ses qualités techniques souhaitées.

● Réduit la croissance des fissures et augmente la résistance aux chocs.
Les fissures posent problème parce qu'elles favorisent les problèmes d'humidité et la corrosion des armatures, ce qui réduit la capacité de charge de la structure. Lorsque le béton se fissure, la durabilité de la structure s'en ressent également.

Dans les constructions en béton armé, l'apparition de fissures est un problème courant qui réduit l'endurance de la structure. Lorsque le béton se rompt, les pressions de traction sont supportées par l'armature de traction plutôt que par le béton.

En utilisant un renforcement approprié, la largeur des fissures peut être limitée, et une option consiste à combiner le renforcement de la traction et des fissures. L'objectif du renforcement est de répartir les fractures sur la section transversale, ce qui permet d'obtenir un grand nombre de fissures mineures plutôt qu'un petit nombre de fissures plus importantes.

● Le béton renforcé de fibres améliore la résistance au gel et au dégel.
Le cycle gel-dégel est l'une des principales sources de dommages aux structures en béton et en briques. L'eau remplit les interstices d'un matériau solide et poreux, gèle et se dilate, provoquant des dégâts dus au gel et au dégel. Seul un produit de scellement de qualité peut protéger votre béton des dommages causés par le gel et le dégel.

Types de fibres les plus souvent utilisés dans l'IRS

● Fibre d'acier pour le béton FRC
Le béton de ciment ordinaire est reconnu pour avoir de mauvaises caractéristiques de traction, ce qui le rend vulnérable à la flexion dans les éléments structurels. Pour éviter la fissuration du béton, en particulier dans les constructions retenant ou transportant de l'eau, le béton structurel doit être conçu comme un segment non fissuré.

L'utilisation de fibres d'acier dans le béton améliore la capacité des éléments structurels à résister à des pressions importantes. Les fibres d'acier du béton améliorent sa durabilité sous tous les types de contraintes. Pour améliorer la résistance à la traction des bâtiments en béton, le béton armé de fibres d'acier offre une plus grande résistance à la fissuration et à la propagation des fissures.
Les parkings, les terrains de jeux, les pistes d'aéroport, les voies de circulation, les hangars de maintenance, les voies d'accès et les ateliers sont autant d'exemples d'utilisation des revêtements de sol en béton de fibres d'acier.

● Fibre PP pour FRC
Il s'agit d'un polymère synthétique à base d'hydrocarbures. Le béton renforcé de fibres de polypropylène (PPFRC) est constitué de fibres de polypropylène discrètes et très courtes qui agissent comme un renfort interne pour améliorer les propriétés du béton. Lorsqu'elles sont placées dans une matrice de béton, elles doivent être mélangées pendant une période plus longue afin d'assurer une dispersion optimale des fibres dans le mélange de béton.

● Macrofibre pour FRC
Les macrofibres, également connues sous le nom de fibres structurelles, sont conçues pour supporter des charges et sont donc utilisées pour remplacer le renforcement conventionnel dans les applications non structurelles, ainsi que pour réduire ou éliminer les fissures précoces et tardives.

Ces fractures se propageraient à la surface de la structure si les macrofibres n'étaient pas incluses dans la conception de l'enrobé, ce qui entraînerait généralement une défaillance. Lorsque les macrofibres sont incluses dans la conception du mélange, elles lient les deux côtés de la fissure, empêchant ainsi la fracture de se propager. La conception striée ou en escalier permet une meilleure adhérence au béton, ce qui explique son utilisation.

● Fibre PVA pour FRC
Les fibres PVA (alcool polyvinylique) sont des fibres monofilament qui se répandent dans la matrice du béton, formant un réseau de fibres multidirectionnel qui contrôle le retrait, résiste à l'abrasion et protège contre la dilatation et la contraction thermiques. Elles peuvent être utilisées à la place des treillis soudés et des barres d'armature comme renfort principal.

● Treillis en fibres pour béton renforcé de fibres
Au lieu d'utiliser un treillis métallique, le béton fibré, également connu sous le nom de béton renforcé de fibres, utilise des fibres comme l'un des composants du mélange. Le treillis de fibres est un remplacement plus récent du treillis métallique traditionnel. Au cours du processus de mélange, ces fibres sont ajoutées au béton frais.

Ce béton contenant des fibres est coulé et solidifié sur le chantier de la même manière que le béton normal. Ce béton est simple à mettre en œuvre et améliore la façon dont les revêtements de sol sont réalisés.

Quelles sont les 3 fibres les plus adaptées au béton ?

Microfibres synthétiques

Dans les 10 premières heures après le coulage, le béton microfibre contenant des fibres de polypropylène diminue efficacement le comportement de retrait précoce. La raison en est que ces fibres peuvent absorber une partie de l'eau et donc ralentir le processus d'évaporation. . Ces fibres réduisent mieux les fractures dues au retrait plastique et sont couramment utilisées pour le renforcement du béton.

● Réduire la fissuration due au retrait du plastique.
L'évaporation et l'absorption sont deux façons dont le béton frais absorbe de l'eau, ce qui entraîne un retrait plastique. Pour l'application envisagée, la teneur en eau totale du mélange de béton doit être aussi faible que possible.

Ceci peut être réalisé en utilisant un pourcentage élevé d'agrégats durs et solides, exempts d'enduits d'argile, ainsi que des adjuvants réducteurs d'eau de gamme moyenne ou élevée.

Fibres métalliques/Fibres d'acier

Les revêtements de sol en béton à base de fibres d'acier peuvent réduire les fractures dans le béton durci et offrir une résistance maximale aux charges sévères, à la fois dynamiques et statiques.

Les fibres d'acier offrent de nombreux avantages, notamment

• 1. Le béton a une capacité de charge plus élevée.
  2. L'épaisseur des dalles de béton est réduite.
  3. Les fissures dans le béton n'ont aucun effet sur la capacité de charge.
  4. La durabilité est accrue.
  5. Entretien peu coûteux
  6. La flexibilité a été améliorée.

Les médias en fibres métalliques sont utilisés dans les applications de filtrage des liquides et de l'air qui exigent une grande résistance à la chaleur et aux produits chimiques. Ils peuvent être soudés pour former des filtres très résistants. Des filtres en fibres métalliques nettoyables et réutilisables sont disponibles. Ils sont disponibles dans une variété de diamètres et sont fabriqués à partir de divers métaux purs et alliages. Les fibres peuvent être utilisées seules à diverses fins ou être transformées en d'autres produits à l'aide de divers procédés de fabrication de textiles.

1. Contrôler la largeur des fissures dans le béton durci
2. Macrofibres synthétiques/fibres structurelles

Les macrofibres synthétiques ne rouillent pas.

Par conséquent, aucune tache de rouille ne se forme à la surface des macrofibres. En outre, lorsque des déformations plus importantes sont autorisées, les macrofibres synthétiques peuvent être utilisées efficacement dans des applications telles que les revêtements temporaires pour les mines.

1. Porter la charge et, par conséquent
2. Remplacer le renforcement traditionnel dans certaines applications non structurelles
3. Minimiser ou éliminer les fissures précoces et tardives.

Voilà pour le partage des types de FRC et de fibres. D'autres blogs sont disponibles sur le site : https://fiberego.com/blog/.