Matériaux structurels

Les polymères renforcés de fibres de verre et de carbone peuvent offrir des valeurs de contrainte à la rupture et de module d’élasticité comparables à celles de métaux tels que l’aluminium et le zamak. En outre, la résistance aux conditions d’utilisation peut bénéficier de l’inertie chimique typique des plastiques. Toutefois, il est essentiel de concevoir la géométrie des produits et le procédé de moulage afin d’exploiter au mieux les spécificités et les performances des matrices et des renforts. Appliquer aux compounds structurels des méthodes et des critères propres aux métaux est profondément erroné et potentiellement dangereux.

De manière générale, une teneur très élevée en fibres de verre (plus de 50 % en poids) se traduira par des valeurs maximales de module d’élasticité et de contrainte à la rupture : idéal pour des applications statiques où la rigidité, la résistance à long terme et la stabilité dimensionnelle sont prioritaires. Si des sollicitations impulsionnelles sont attendues, il est préférable d’opter pour une teneur en fibres plus faible, par exemple 40 %. 50 % de fibres de verre (ou 40 % de carbone) constitue un bon compromis entre ces deux choix d’application.

Certainement, LATI propose une large gamme de matériaux structurels adaptés aux opérations de remplacement du métal et, en même temps, au contact avec l’eau et les aliments. Les grades à base de PP, PA, PPS et PPA certifiés par les principaux instituts internationaux peuvent être consultés ici (insérer le lien). Attention : à l’heure actuelle, aucune fibre de carbone n’est adaptée à ces situations.

Normalement, les fibres courtes de renforcement ont tendance à compromettre les performances esthétiques des compounds renforcés, en laissant des stries et des taches caractéristiques à la surface. Des progrès ont été réalisés pour améliorer l’aspect de ces grades : en particulier, la gamme de compounds structurels pour applications esthétiques LATIGLOSS est désormais disponible. Il s’agit de compounds développés sur PA6, PA66 et PPA, renforcés de 30 à 60 % avec des fibres de verre et de carbone, capables d’assurer une finition de surface parfaitement uniforme. Consultez notre gamme

Les fibres de verre permettent d’obtenir une excellente résistance et robustesse tout en conservant un bon rapport performance/prix. Les produits structurels avec fibres de verre sont donc d’excellents candidats pour tout projet de remplacement du métal. Les compounds renforcés de fibres de carbone sont proportionnellement plus rigides, électriquement conducteurs, légèrement autolubrifiants et exclusivement de couleur noire : ils sont généralement sélectionnés pour des applications nécessitant des performances mécaniques élevées, de la légèreté, de la stabilité dimensionnelle et des propriétés antistatiques.

De par leur nature, les polymères thermoplastiques ont tendance à adapter leur organisation au fil du temps afin de minimiser l’état de contrainte interne. Cela se traduit par une augmentation de la déformation en cas de charge imposée constante (fluage) ou par une relaxation des tensions internes en cas de déplacement imposé constant. Le phénomène implique un glissement des macromolécules, qui peut être considérablement freiné par les fibres de renforcement. Afin d’assurer des performances fiables et sûres pour des produits soumis à des sollicitations constantes dans le temps, il est donc approprié d’adopter des compounds renforcés : plus la quantité de fibres est élevée, plus les effets d’écoulement visqueux seront faibles.

La forte présence de fibres de renforcement réduit naturellement la possibilité d’ajouter des modificateurs fonctionnels et des additifs supplémentaires. Toutefois, dans la gamme LATI, vous pouvez trouver des compounds chargés à 40 ou 50 % en fibres de verre et simultanément autolubrifiants, ignifuges, antistatiques.

Une charge constante, même très élevée, nécessite des matériaux rigides avec un module d’élasticité élevé, une contrainte à la rupture élevée et une excellente résistance au fluage. Une sollicitation dynamique, par exemple un impact, nécessite au contraire un matériau capable de répartir la contrainte imposée afin d’en absorber l’énergie par déformation. Dans le premier cas, vous pouvez donc opter pour un matériau fortement renforcé, y compris avec du carbone (p. ex. 60 % de fibres de verre ou 40 % de fibres de carbone) ; dans le second cas, vous opterez plutôt pour une teneur en renfort plus faible (p. ex. 30 ou 40 % de fibres de verre).

Le problème de la fatigue existe également dans les matériaux polymères et il est particulièrement complexe. La rupture par fatigue dépend de multiples facteurs, notamment le type, la fréquence et l’amplitude de la sollicitation (par exemple une vibration). En général, la rupture survient à la suite de la formation de fissures puis de leur propagation dans le matériau. La présence de fibres de renforcement aide à limiter les dommages générés par d’éventuelles surchauffes locales et entrave la propagation des fissures dans le matériau.

Des logiciels de simulation FEM sont désormais disponibles, permettant d’évaluer de manière préventive les performances d’un objet réalisé avec des compounds structurels, en tenant correctement compte non seulement des conditions aux limites (charges et contraintes), mais aussi de la température, du temps et des conditions environnementales. LATI offre à ses clients un service complet de co-conception et de vérification de faisabilité.

Les fibres de verre et de carbone peuvent être très abrasives et provoquer une usure rapide des moules, des buses, des systèmes d’alimentation et des éléments de plastification. Le phénomène est d’autant plus rapide que les vitesses et les contraintes en jeu sont élevées (des éléments qui peuvent également contribuer à casser les fibres elles-mêmes, réduisant leur efficacité). Il est recommandé d’adopter des aciers résistants à l’usure et des traitements de durcissement de surface si nécessaire, en plus de paramètres de moulage appropriés.