Composite fibre de verre: caractéristiques, avantages et applications
Description de l'article
Le composite fibre de verre est largement utilisé dans l’industrie pour fabriquer des pièces associant résistance mécanique, légèreté et résistance à la corrosion. Son principe repose sur l’association de deux éléments complémentaires : des fibres de verre utilisées comme renfort et une résine constituant la matrice du matériau.
Selon le type de fibre, la résine employée, l’orientation des renforts et le processus de fabrication, les propriétés du matériau peuvent être adaptées aux contraintes de l’application.
Polyester, vinylester ou résine époxy, mat de verre, tissu ou fibres continues : comprendre la constitution d’un composite permet de mieux identifier ses performances et ses avantages par rapport aux matériaux traditionnels.
Dans l’industrie, ces matériaux sont notamment utilisés pour fabriquer des équipements techniques, des structures et des dispositifs d’accès tels que les trappes et tampons, proposés par GEFI.
Table des matières
Qu’est-ce qu’un composite fibre de verre ?
C'est un matériau constitué d’un renfort en fibres de verre associé à une matrice, généralement une résine polymère.
Les deux composants remplissent des fonctions différentes. Les fibres assurent une grande partie du renforcement mécanique tandis que la résine maintient les fibres entre elles, donne sa forme à la pièce et contribue à protéger le renfort contre son environnement.
L’association permet d’obtenir un matériau dont les propriétés sont différentes de celles de chacun des constituants pris séparément.
Fibre et résine forment un matériau composite
La fibre de verre n’est donc pas, à elle seule, un matériau composite. Elle devient le renfort lorsqu’elle est incorporée à une résine.
Cette famille de matériaux est couramment désignée par le terme PRV – Plastique Renforcé de fibres de Verre. On retrouve également les appellations anglaises GRP (Glass Reinforced Plastic) ou FRP (Fiber Reinforced Polymer).
La nature et la quantité de renfort ainsi que le choix de la matrice permettent d’adapter les propriétés mécaniques de la pièce à son utilisation
Quelle différence entre un composite et un matériau traditionnel ?
Contrairement aux matériaux homogènes, comme l'acier ou l'aluminium, un composite associe plusieurs constituants aux fonctions complémentaires. Cette particularité permet d'adapter ses caractéristiques en jouant sur la nature de la résine, le type de renfort et leur proportion. Ainsi, deux pièces composites constituées de fibres de verre peuvent présenter des propriétés différentes selon leur formulation et leur conception.
Comment est constitué un composite fibre de verre ?
Dans une pièce composite, la disposition des fibres de verre influence directement la répartition des efforts mécaniques. Leur orientation et leur organisation en couches permettent d'adapter la structure aux contraintes d'utilisation.
L’orientation des fibres influence les performances
Les fibres peuvent être disposées dans différentes directions selon les efforts auxquels la pièce sera soumise.
Une orientation maîtrisée permet de renforcer certaines zones ou directions particulièrement sollicitées. La quantité de fibres, leur longueur et leur disposition jouent ainsi un rôle déterminant dans les propriétés mécaniques du produit final.
La stratification organise les renforts du matériau composite
La stratification consiste à superposer différentes couches de renfort associées à la résine. Cette organisation permet d’adapter la structure du matériau composite aux contraintes mécaniques auxquelles la pièce sera soumise.
Selon l’application, l’épaisseur, le nombre de couches et l’orientation des fibres de verre peuvent être ajustés afin d’obtenir le niveau de résistance et de rigidité recherché.
Quels types de fibres de verre sont utilisés ?
Les fibres utilisées comme renfort peuvent être conditionnées sous plusieurs formes en fonction du procédé de transformation et des performances recherchées.
On retrouve notamment le mat de verre, les fibres coupées, les fils continus, la toile de verre et différents tissus de verre.
Mat et tissu de verre répondent à des besoins différents
Le mat est constitué de fibres réparties de manière à obtenir un renforcement dans plusieurs directions.
Le tissu de verre repose sur une organisation plus structurée des fibres. Il permet notamment de contrôler leur orientation afin d'obtenir les performances recherchées dans certaines directions.
Le choix du type de fibre et de son architecture dépend de la géométrie de la pièce, des sollicitations mécaniques et du processus de fabrication retenu.
Roving, verre taffetas et sergé : des renforts aux structures différentes
Le roving se présente sous forme de faisceaux de filaments continus et peut être utilisé directement ou servir à fabriquer différents tissus de verre.
Le verre taffetas correspond à un tissu dont les fils sont entrecroisés selon une armure simple et régulière. Le sergé utilise un entrecroisement différent, reconnaissable à son aspect diagonal, qui apporte davantage de souplesse au tissu.
Le choix entre ces différents types de fibres de verre et architectures de renfort dépend de la forme de la pièce, du procédé de transformation et des propriétés mécaniques recherchées.
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Quelles résines sont associées à la fibre de verre ?
La matrice joue un rôle essentiel dans les performances. Plusieurs familles de résines peuvent être associées aux fibres de verre selon les contraintes de l’application.
Les résines polyester sont largement utilisées dans la fabrication de pièces composites. D’autres formulations, notamment vinylester ou époxy, peuvent être retenues lorsque l’application nécessite des caractéristiques spécifiques.
Polyester, vinylester et époxy : quelles différences ?
La résine polyester est largement utilisée dans la fabrication de pièces composites industrielles grâce à sa polyvalence et à son coût généralement compétitif. La résine vinylester est notamment recherchée pour sa résistance à certains environnements chimiques et corrosifs. La résine époxy est privilégiée dans des applications nécessitant des performances mécaniques élevées et une bonne adhérence aux renforts. Le choix dépend des contraintes mécaniques, chimiques et thermiques auxquelles la pièce sera exposée.
Quel rôle joue la résine dans la durabilité du composite?
Au-delà de son rôle de liaison entre les fibres de verre, la résine contribue à protéger les renforts contre l'humidité, les agents chimiques et les agressions extérieures. Sa formulation influence également le comportement du composite face aux variations de température et aux conditions d'exposition prolongée. Une résine adaptée à l'environnement d'utilisation contribue ainsi à préserver les performances de la pièce dans le temps.
Comment fabrique-t-on une pièce composite ?
La fabrication d'une pièce composite commence par la préparation d'un moule aux dimensions de la pièce souhaitée. Les renforts en fibres de verre y sont ensuite disposés, puis imprégnés de résine, ou associés à celle-ci selon le procédé retenu. Après mise en forme et polymérisation de la résine, la pièce est démoulée, puis soumise aux opérations de finition et de contrôle nécessaires.
La quantité de résine, le taux de fibres, leur orientation et la qualité de leur imprégnation influencent directement les caractéristiques du matériau final.
La conception d’une pièce composite doit donc prendre en compte simultanément la géométrie, le choix des matériaux et le procédé de fabrication.
La fabrication de pièces composites peut faire appel à différentes techniques selon la géométrie, les dimensions et les performances recherchées. La stratification permet notamment de superposer des couches de renfort imprégnées de résine afin de constituer progressivement la structure de la pièce.
D’autres procédés peuvent être utilisés selon les besoins de production. Dans tous les cas, la maîtrise de l’imprégnation, de la mise en forme et de la polymérisation contribue à la qualité du produit final.
Quelles sont les propriétés d’un composite fibre de verre ?
Les composites renforcés de fibres de verre sont largement utilisés dans l’industrie pour leur capacité à associer résistance mécanique, légèreté et durabilité
Ils permettent notamment d'obtenir des pièces offrant une bonne résistance mécanique tout en conservant un poids généralement inférieur à celui de nombreuses solutions métalliques.
Ils présentent également une bonne résistance à la corrosion et peuvent constituer une solution durable dans les environnements humides ou agressifs, sous réserve d’une formulation adaptée à l’application:
Isolation électrique et transparence aux ondes électromagnétiques
La fibre de verre possède également des propriétés d’isolant électrique, ce qui peut constituer un avantage dans certaines installations.
Par ailleurs, certaines formulations de composites fibre de verre présentent une transparence aux ondes électromagnétiques. Cette caractéristique peut être particulièrement intéressante lorsque des compteurs, capteurs ou systèmes communicants sont installés sous une couverture composite.
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Une stabilité dimensionnelle adaptée aux contraintes industrielles
Les composites renforcés de fibres de verre peuvent présenter une bonne stabilité dimensionnelle lorsqu'ils sont correctement conçus et fabriqués. Cette propriété contribue à maintenir la géométrie des pièces soumises aux conditions normales d'exploitation. La stabilité dimensionnelle dépend notamment de la nature de la résine, de l'orientation des fibres et des variations de température. Elle constitue un critère important pour les équipements techniques nécessitant un ajustement précis, notamment les trappes et tampons composites.
Quels sont les avantages du composite face au métal ?
Son utilisation peut présenter plusieurs avantages par rapport à une solution métallique traditionnelle.
La réduction du poids facilite notamment la manutention des équipements devant être ouverts ou déplacés régulièrement. L’absence de rouille et la résistance à la corrosion permettent également de répondre à certaines contraintes rencontrées dans les environnements extérieurs, humides ou industriels.
Pour les dispositifs d’accès, ces caractéristiques peuvent contribuer à faciliter les interventions de maintenance tout en conservant les performances mécaniques requises.
Le choix entre composite et métal doit néanmoins être réalisé selon les contraintes réelles de l’installation : charge, dimensions, environnement, fréquence d’ouverture et conditions d’exploitation.
Quelles sont ses principales applications industrielles ?
Les matériaux renforcés de fibres de verre sont présents dans de nombreux secteurs industriels.
Dans le secteur pétrolier, ils peuvent notamment être employés pour des équipements et dispositifs d’accès exposés à des environnements humides ou corrosifs.
Ils sont également utilisés dans les réseaux d’eau et d’assainissement, les télécommunications, l’énergie, les transports, la construction et de nombreuses applications nécessitant des pièces légères et résistantes.
Le composite fibre de verre, une solution adaptée aux contraintes industrielles
Type de fibre, mat ou tissu de verre, résine polyester, vinylester ou époxy, orientation des renforts et processus de fabrication participent directement aux performances de la pièce finale.
Sa combinaison de résistance mécanique, légèreté, résistance à la corrosion et durabilité explique son utilisation dans de nombreux secteurs industriels et notamment pour la fabrication de trappes et tampons techniques.
Ingénieur diplômé de l’Université Paris XI-Saclay et titulaire d’un Master II en innovation et marketing industriel de l’Université Paris IX-Dauphine, Ronan Guyader a notamment dirigé des filiales internationales du groupe Air Liquide.
Depuis 2021, il dirige GEFI, intégrateur de solutions dans le Vide, la Surpression, la Compression de gaz et la couverture en Composite.
Couverture Composite
Autre expertise : Vide, Surpression et Compression de gaz
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