2007 Écoles Wikipedia de Sélection. Sujets connexes: Ingénierie
Faisceau de fibre de verre
en fibre de verre ou en fibre de verre est un matériau fabriqué à partir de très fines fibres de verre. Il est utilisé comme agent de renforcement pour de nombreux produits polymères; le matériau composite résultant, correctement connu sous le nom de polymère renforcé de fibres (FRP) ou de plastique renforcé de verre (GRP), est appelé « fibre de verre » dans un usage populaire.,
Tout au long de l’histoire, les verriers ont expérimenté les fibres de verre, mais la fabrication en masse de la fibre de verre n’a été rendue possible qu’avec l’avènement de machines-outils plus fines. En 1893, Edward Drummond Libbey a exposé une robe à la World’s Columbian Exposition incorporant des fibres de verre avec le diamètre et la texture des fibres de soie. Ce qui est communément appelé « fibre de verre » aujourd’hui, cependant, a été inventé en 1938 par Russell Games Slayter d’Owens-Corning comme matériau à utiliser comme isolant. Il est commercialisé sous le nom commercial Fiberglas (sic), qui est devenu une marque générique.,
Formation
La fibre de verre est formée lorsque de minces brins de verre à base de silice ou d’une autre formulation sont extrudés en de nombreuses fibres de petits diamètres adaptées au traitement textile. Le verre est différent des autres polymères en ce que, même en tant que fibre, il a peu de structure cristalline (voir solide amorphe). Les propriétés de la structure du verre à son stade ramolli ressemblent beaucoup à ses propriétés lorsqu’il est tourné en fibre., Une définition du verre est « une substance inorganique dans un état continu et analogue à l’état liquide de cette substance, mais qui, en raison d’un changement réversible de viscosité pendant le refroidissement, a atteint un degré de viscosité si élevé qu’il est à toutes fins pratiques rigide. »
La technique de chauffage et d’étirage du verre en fibres fines existe depuis des milliers d’années; cependant, le concept d’utilisation de ces fibres pour des applications textiles est plus récent. La première production commerciale de fibre de verre a eu lieu en 1936., En 1938, Owens-Illinois Glass Company et Corning Glass Works se joignent pour former la Owens-Corning Fiberglas Corporation. Jusqu’à cette époque, toute la fibre de verre avait été fabriquée comme agrafe. Lorsque les deux sociétés se sont unies pour produire et promouvoir la fibre de verre, elles ont introduit des fibres de verre à filament continu. Owens-Corning est toujours le principal producteur de fibre de verre sur le marché aujourd’hui.
Chimie
La base des fibres de verre de qualité textile est la silice, SiO2. Dans sa forme pure, il existe sous forme de polymère, (SiO2)n. Il n’a pas de véritable point de fusion mais se ramollit jusqu’à 2000°C, où il commence à se dégrader. , À 1713°C, la plupart des molécules peuvent se déplacer librement. Si le verre est ensuite refroidi rapidement, ils ne pourront pas former une structure ordonnée. Dans le polymère, il forme des groupes SiO4 qui sont configurés comme un tétraèdre avec l’atome de silicium au centre et quatre atomes d’oxygène aux coins. Ces atomes forment alors un réseau lié aux coins en partageant les atomes d’oxygène.
Les états vitreux et cristallins de la silice (verre et quartz) ont des niveaux d’énergie similaires sur une base moléculaire, ce qui implique également que la forme vitreuse est extrêmement stable., Afin d’induire la cristallisation, il doit être chauffé à des températures supérieures à 1200°C pendant de longues périodes.
Bien que la silice pure soit un verre et une fibre de verre parfaitement viables, elle doit être travaillée à des températures très élevées, ce qui est un inconvénient sauf si ses propriétés chimiques spécifiques sont nécessaires. Il est habituel d’introduire des impuretés dans le verre sous la forme d’autres matériaux, pour abaisser sa température de travail., Ces matériaux confèrent également diverses autres propriétés au verre qui peuvent être bénéfiques dans différentes applications. Le premier type de verre utilisé pour la fibre était le verre sodocalcique ou un verre. Il n’était pas très résistant aux alcalis. Un nouveau type, E-verre a été formé qui est sans alcali (< 2%) et est un verre alumino-borosilicate . Ce fut la première formulation de verre utilisée pour la formation de filaments continus. Le verre électronique constitue encore la majeure partie de la production de fibre de verre dans le monde. Ses composants particuliers peuvent différer légèrement en pourcentage, mais doivent se situer dans une plage spécifique., La lettre E est utilisée car elle était à l’origine pour des applications électriques. S-glass est une formulation à haute résistance à utiliser lorsque la résistance à la traction est la propriété la plus importante. Le C-glass a été développé pour résister aux attaques de produits chimiques, principalement des acides qui détruisent le E-glass. Le T-glass est une variante nord-américaine du C-glass. Un verre est un terme de l’industrie pour calcin de verre, souvent des bouteilles en fibres. AR-glass est un verre résistant aux alcalis. La plupart des fibres de verre ont une solubilité limitée dans l’eau, mais elle dépend beaucoup du pH. L’ion chlorure attaque et dissout également les surfaces en verre électronique., Une tendance récente dans l’industrie est de réduire ou d’éliminer la teneur en bore dans les fibres de verre.
Étant donné que le verre électronique ne fond pas vraiment mais se ramollit, le point de ramollissement est défini comme « la température à laquelle une fibre de 0,55 – 0,77 mm de diamètre de 9,25 pouces de long, s’allonge sous son propre poids à 1 mm/min lorsqu’elle est suspendue verticalement et chauffée à la vitesse de 5°C par minute”. Le point de déformation est atteint lorsque le verre a une viscosité de 1014,5 poise., Le point de recuit, qui est la température où les contraintes internes sont réduites à une limite commerciale acceptable en 15 minutes, est marqué par une viscosité de 1013 poise.
Propriétés
Les fibres de verre sont utiles en raison de leur rapport surface / poids élevé. Cependant, la surface accrue les rend beaucoup plus sensibles aux attaques chimiques.
En emprisonnant l’air à l’intérieur, les blocs de fibre de verre font une bonne isolation thermique, avec une conductivité thermique de 0,04 W / mK.,
Les résistances du verre sont généralement testées et signalées pour les fibres « vierges » qui viennent d’être fabriquées. Les fibres les plus fraîches et les plus minces sont les plus fortes et on pense que cela est dû au fait qu’il est plus facile pour les fibres plus minces de se plier. Plus la surface est rayée, moins la ténacité résultante est. Parce que le verre a une structure amorphe, ses propriétés sont les mêmes le long de la fibre et à travers la fibre. L’humidité est un facteur important dans la résistance à la traction. L’humidité est facilement adsorbée et peut aggraver les fissures microscopiques et les défauts de surface, et diminuer la ténacité.,
Contrairement à la fibre de carbone, le verre peut subir plus d’allongement avant de se casser.
La viscosité du verre fondu est très importante pour le succès de la fabrication. Pendant l’étirage (traction du verre pour réduire la circonférence de la fibre), la viscosité doit être relativement faible. Si elle est trop haute, la fibre se cassera pendant le dessin, mais si elle est trop basse, le verre formera des gouttelettes plutôt que de s’extraire en fibre.
la Fabrication de processus
Il existe deux principaux types de fibres de verre fabrication et de deux grands types de fibres de verre produit., D’abord, la fibre est faite à partir d’un direct fonte ou en marbre procédé de refonte. Les deux commencent par les matières premières sous forme solide. Les matériaux sont mélangés et fondus dans un four. Ensuite, pour le processus de marbre, le matériau fondu est cisaillé et roulé en billes qui sont refroidies et emballées. Les billes sont transportées à l’usine de fabrication de fibres où elles sont insérées dans une boîte et refondues. Le verre fondu est expulsé à la bague pour être formé en fibre. Dans le processus de fusion directe, le verre fondu dans le four va directement à la bague pour la formation.,
Le plat de bague est la partie la plus importante des machines. Il s’agit d’un petit four métallique contenant des buses pour la fibre à former. Il est presque toujours fait de platine allié au rhodium pour plus de durabilité. Le platine est utilisé parce que le verre fondu a une affinité naturelle pour le mouiller. Lorsque les bagues ont été utilisées pour la première fois, elles étaient 100% platine et le verre mouillait la bague si facilement qu’elle passait sous la plaque après avoir quitté la buse et s’accumulait sur la face inférieure. En outre, en raison de son coût et de la tendance à l’usure, le platine a été allié au rhodium., Dans le processus de fusion directe, la bague sert de collecteur pour le verre fondu. Il est chauffé légèrement pour maintenir le verre à la bonne température pour la formation de fibres. Dans le processus de fusion du marbre, la bague agit davantage comme un four car elle fond davantage de matériau.
Les bagues sont ce qui rendent l’investissement en capital dans la production de fibre de verre coûteux. La conception de la buse est également critique. Le nombre de buses varie de 200 à 4000 par multiples de 200. La partie importante de la buse dans la fabrication de filaments continus est l’épaisseur de ses parois dans la région de sortie., Il a été constaté que l’insertion d’un contre-alésage ici réduisait le mouillage. Aujourd’hui, les buses sont conçues pour avoir une épaisseur minimale à la sortie. La raison en est que lorsque le verre coule à travers la buse, il forme une goutte qui est suspendue à l’extrémité. En tombant, il laisse un fil attaché par le ménisque à la buse tant que la viscosité est dans la plage correcte pour la formation de fibres. Plus l’anneau annulaire de la buse est petit ou plus la paroi à la sortie est mince, plus la goutte se formera et tombera rapidement, et plus sa tendance à mouiller la partie verticale de la buse est faible., La tension superficielle du verre est ce qui influence la formation du ménisque. Pour le verre électronique, il devrait être d’environ 400 mN par m.
La vitesse d’atténuation (dessin) est importante dans la conception de la buse. Bien que ralentir cette vitesse puisse rendre la fibre plus grossière, il n’est pas rentable de fonctionner à des vitesses pour lesquelles les buses n’ont pas été conçues.
Dans le processus de filament continu, une fois la fibre étirée, une taille est appliquée. Cette taille aide à protéger la fibre lorsqu’elle est enroulée sur une canette. La taille particulière appliquée concerne l’utilisation finale., Alors que certaines tailles sont des auxiliaires de traitement, d’autres font que la fibre a une affinité pour une certaine résine, si la fibre doit être utilisée dans un composite. La taille est généralement ajoutée à 0,5-2,0% en poids. L’enroulement a alors lieu à environ 1000 m par min.
Dans la production de fibres discontinues, il existe plusieurs façons de fabriquer la fibre. Le verre peut être soufflé ou soufflé à la chaleur ou à la vapeur après avoir quitté la machine de formation. Habituellement, ces fibres sont transformées en une sorte de tapis. Le processus le plus couramment utilisé est le processus rotatif., Ici, le verre entre dans un fileur rotatif, et en raison de la force centrifuge est jeté horizontalement. Les jets d’air le poussent verticalement et le liant est appliqué. Ensuite, le tapis est aspiré sur un écran et le liant est durci au four.
Les utilisations finales de la fibre de verre ordinaire sont les tapis, l’isolation, le renforcement, les tissus résistants à la chaleur, les tissus résistants à la corrosion et les tissus à haute résistance.