Explorer les propriétés du plastique renforcé de fibre de verre (PRFV)

La fibre de verre présente une faible densité, d'excellentes propriétés d'isolation diélectrique, une isolation thermique supérieure, ainsi que des caractéristiques d'absorption et de dilatation thermique.

I. La densité

La densité de la fibre de verre est comprise entre 1,5 et 2,0, soit un quart ou un cinquième de celle de l'acier au carbone ordinaire, et environ deux tiers de celle de l'aluminium léger. Malgré sa légèreté, sa résistance mécanique est impressionnante.

À certains égards, ils peuvent même approcher le niveau de l'acier au carbone ordinaire. Par exemple, certains matériaux en fibre de verre époxy peuvent atteindre des résistances à la traction, à la flexion et à la compression supérieures à 400MPa. Si l'on considère la résistance relative, la fibre de verre ne surpasse pas seulement de manière significative l'acier au carbone ordinaire, mais elle peut également égaler et même dépasser le niveau de certains matériaux spéciaux en fibre de verre. aciers alliés.

Le tableau 1 présente une comparaison de la densité, de la résistance à la traction et de la résistance relative de la fibre de verre et de plusieurs métaux.

Tableau 1

Rapport résistance/poids : Il s'agit de la résistance à la traction par unité de densité, c'est-à-dire le rapport entre la résistance à la traction d'un matériau et sa densité, indiquant l'étendue de ses propriétés de légèreté et de haute résistance.

II. Propriétés électriques

La fibre de verre possède d'excellentes propriétés d'isolation électrique, ce qui la rend appropriée comme composant d'isolation dans les instruments, les moteurs et les appareils électriques. Elle conserve de bonnes propriétés diélectriques même dans des conditions de haute fréquence. Le remplacement du papier et de la toile de coton par de la toile de fibre de verre dans les matériaux d'isolation permet d'améliorer le niveau d'isolation de ces matériaux.

En utilisant la même résine, il est possible d'améliorer la qualité d'au moins un degré. La fibre de verre représente un tiers à la moitié de la quantité totale de matériaux d'isolation. Dans certains gros moteurs, tels que les moteurs de 125 000 KW, des centaines de kilogrammes de fibre de verre sont utilisés comme matériau d'isolation.

En outre, la fibre de verre n'est pas affectée par l'électromagnétisme et présente une bonne transparence aux micro-ondes. Le tableau 2 présente les propriétés diélectriques de quelques types de fibre de verre.

Tableau 2

III. Propriétés thermiques

La fibre de verre présente d'excellentes caractéristiques thermiques, avec une capacité thermique spécifique 2 à 3 fois supérieure à celle des métaux, et une conductivité thermique inférieure, qui n'est que de 1/100 à 1/1000 de celle de la fibre de verre. matériaux métalliques.

En outre, certaines variétés de fibre de verre possèdent une résistance remarquable aux hautes températures instantanées. Par exemple, la fibre de verre phénolique à haute teneur en silice forme une couche carbonisée à des températures extrêmement élevées, protégeant efficacement les fusées, les missiles et les engins spatiaux des températures élevées de 5000 à 10000 K et des flux d'air à grande vitesse qu'ils doivent endurer lorsqu'ils traversent l'atmosphère. Le tableau 3 présente les propriétés thermiques de quelques matériaux.

Tableau 3

Comme l'illustre le tableau 3, la fibre de verre possède des propriétés d'isolation thermique exceptionnelles, un avantage que les matériaux métalliques ne peuvent tout simplement pas concurrencer.

IV. Résistance au vieillissement

Tous les matériaux sont confrontés au problème du vieillissement, et la fibre de verre ne fait pas exception. Sous l'effet des conditions atmosphériques, de la chaleur humide, de l'immersion dans l'eau et des milieux corrosifs, les performances de la fibre de verre diminuent. L'utilisation à long terme peut entraîner une diminution de la brillance, des changements de couleur, un décollement de la résine, une exposition des fibres et une délamination, entre autres phénomènes.

Toutefois, grâce aux progrès de la science et de la technologie, il est possible de prendre les mesures anti-âge nécessaires pour améliorer ses performances et prolonger sa durée de vie.

Par exemple, lorsque la fibre de verre a été soumise à des tests de vieillissement naturel à Harbin, la diminution la plus faible a été observée dans la résistance à la traction du panneau, inférieure à 20% ; suivie par la résistance à la flexion, ne dépassant généralement pas 30% ; la diminution la plus importante a été observée dans la résistance à la compression, qui a également montré la fluctuation la plus importante, généralement entre 25% et 30%. Voir le tableau 4 ci-dessous.

Tableau 4

En outre, l'exposition aux éléments extérieurs tels que le vent, la pluie et le soleil peut entraîner la perte de la couche de résine sur les surfaces en fibre de verre. Un entretien régulier est nécessaire pour éviter ce phénomène.

V. Résistance à la chaleur et à la flamme à long terme

La résistance à la chaleur et aux flammes de la fibre de verre dépend du type de résine utilisé. La température d'utilisation continue ne doit pas dépasser la température de déformation thermique de la résine. Les fibres de verre époxy et polyester couramment utilisées sont inflammables. Pour les structures qui nécessitent une résistance au feu, il convient d'utiliser des résines ignifuges ou des retardateurs de flamme. Il convient donc d'être prudent lors de l'utilisation de la fibre de verre.

En règle générale, la fibre de verre ne peut pas être utilisée pendant de longues périodes à des températures élevées. Par exemple, la résistance de la fibre de verre polyester commence à diminuer à des températures supérieures à 40°C ou 45°C, et celle de la fibre de verre époxy commence à diminuer à plus de 60°C.

Ces dernières années, des variétés de fibres de verre résistantes aux températures élevées sont apparues, telles que les fibres de verre époxy cycloaliphatiques et les fibres de verre polyimides. Toutefois, leur température de fonctionnement à long terme n'est que de 200 à 300 °C, ce qui est nettement inférieur à la température de fonctionnement à long terme des métaux.

Compte tenu de ces cinq aspects des propriétés physiques, il est clair que la fibre de verre diffère de matériaux tels que les métaux et les céramiques. Par conséquent, pour maximiser ses avantages, elle doit être utilisée correctement. Par exemple, la fibre de verre présente d'excellentes performances à basse température, car sa résistance ne diminue pas.

Ainsi, même lorsque les températures extérieures chutent à -45°C ou -50°C dans les hivers nordiques, la fibre de verre ne devient pas cassante. Les structures extérieures telles que les tours de refroidissement et les abris contre la pluie peuvent être utilisées en toute sécurité pendant les hivers nordiques.

Inversement, dans les environnements à haute température, des résines et des formules spécifiques sont nécessaires pour la fibre de verre. Pour une utilisation continue à 100°C, il faut une formule résistante aux hautes températures et des conditions spécifiques pour le moulage. Sinon, la fibre de verre peut être endommagée en cas d'utilisation continue à des températures supérieures à 100°C.

VI. Propriétés chimiques de la fibre de verre

La principale propriété chimique de la fibre de verre est sa résistance exceptionnelle à la corrosion. Elle ne rouille pas, ne se corrode pas comme les matériaux métalliques et ne pourrit pas comme le bois. Elle est presque immunisée contre l'érosion par des milieux tels que l'eau et l'huile. Elle peut remplacer l'acier inoxydable dans les usines chimiques pour la fabrication de réservoirs, de tuyaux, de pompes, de vannes, etc.

Non seulement elle a une longue durée de vie, mais elle ne nécessite pas de mesures de protection contre la corrosion, la rouille ou les insectes, ce qui réduit les coûts d'entretien. La fibre de verre est largement utilisée pour sa résistance à la corrosion. Dans certains grands pays industriels, plus de 13% de produits résistants à la corrosion sont fabriqués en fibre de verre, et l'utilisation augmente chaque année. Elle est également couramment utilisée dans notre pays, principalement pour le revêtement d'équipements métalliques afin de protéger le métal.

La résistance à la corrosion de la fibre de verre dépend principalement de la résine utilisée. Bien que la résine utilisée pour la fibre de verre soit résistante à la corrosion, si elle est appliquée directement sur des surfaces métalliques, elle peut provoquer de graves fissures et n'empêchera pas les fuites ni ne protégera le métal.

L'ajout d'une certaine quantité de fibres de verre à la résine peut transformer des fissures graves potentielles en de nombreuses petites fissures. Le risque que ces petites fissures forment une fissure continue est minime, et elles peuvent également servir à arrêter d'autres fissures. Cela permet d'éviter la pénétration et la corrosion par des solutions chimiques.

La fibre de verre est non seulement stable face à une variété d'acides, d'alcalis, de sels et de solvants à faible concentration, mais elle est également résistante aux effets de l'atmosphère, de l'eau de mer et des microbes.

Toutefois, pour les différents milieux corrosifs, il convient de sélectionner la résine et la fibre de verre appropriées, ainsi que leurs produits. L'utilisation de la fibre de verre pour l'anticorrosion est devenue de plus en plus populaire ces dernières années, démontrant les avantages d'un faible investissement dans l'anticorrosion, d'une longue durée de vie et d'économies substantielles en termes de coûts. matériaux en acier inoxydablece qui se traduit par des avantages économiques considérables.

Généralement, la résistance à la corrosion de la fibre de verre est évaluée en mesurant sa variation de masse lorsqu'elle est placée dans différents milieux corrosifs. Une variation de masse plus faible indique une meilleure résistance à la corrosion, et une variation de masse plus importante indique une moins bonne résistance à la corrosion.

Le tableau 5 énumère les rapports de masse de plusieurs types de fibres de verre dans différentes concentrations de solutions acides et alcalines, tandis que le tableau 6 montre le taux de rétention de la résistance à la flexion des fibres de verre en polyester dans l'acide, l'alcali et d'autres milieux.

Tableau 5

Tableau 6

* Le temps de trempage est d'un an.