Tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° vs ±45° : différences et comment choisir

Le choix de l’orientation correcte du renfort est essentiel lors de la conception d’un stratifié composite en fibre de verre. Bien que les tissus de fibre de verre biaxiaux 0°/90° et ±45° puissent utiliser les mêmes fibres de verre E et avoir un poids total similaire, ils renforcent une structure composite dans différentes directions et réagissent différemment aux charges de traction, de flexion, de cisaillement et de torsion.

Le choix ne consiste donc pas simplement à savoir quel tissu biaxial est le plus résistant. Cela dépend de la direction de la charge, de la forme du composant, du processus de fabrication et de la conception globale du stratifié.

En tant que fournisseur professionnel de tissu en fibre de verre, Jlon propose du tissu en fibre de verre biaxial 0°/90°, du tissu en fibre de verre biaxial ±45° et des tissus en fibre de verre multiaxial dans différents poids, largeurs et constructions. Ce guide explique leurs principales différences et aide les fabricants de composites à sélectionner le bon renfort en fibre de verre pour les applications marines, éoliennes, de transport, de construction et industrielles.

Qu'est-ce que le tissu en fibre de verre biaxial ?

Le tissu biaxial en fibre de verre est un type de tissu sans frisure, communément appelé NCF, fabriqué en plaçant des mèches continues de fibre de verre dans deux directions principales. Les couches de fibres sont maintenues ensemble par des coutures légères en polyester au lieu d'être entrelacées comme un tissu en fibre de verre tissé classique.

Les deux constructions les plus courantes sont :

·  Tissu en fibre de verre biaxial 0°/90°

·  Tissu en fibre de verre biaxial +45°/-45°

Étant donné que les principales fibres de renforcement restent relativement droites, le tissu en fibre de verre biaxial offre normalement une meilleure efficacité mécanique qu'un tissu tissé de poids similaire. Les fibres ont moins de frisures, ce qui permet aux charges d'être transférées plus directement dans la direction des fibres.

Les principales caractéristiques du tissu en fibre de verre biaxial comprennent :

·  Haute résistance directionnelle

·  Faible frisage des fibres

·  Bonne imprégnation de résine

·  Accumulation efficace de l'épaisseur du stratifié

·  Compatibilité avec les résines polyester, vinylester et époxy

·  Aptitude au dépôt manuel, à l'ensachage sous vide et à l'infusion de résine

·  Disponibilité avec ou sans tapis à fils coupés

Le terme « biaxial » décrit un tissu comportant deux directions de renfort. Cependant, l’orientation de ces fibres détermine les performances du stratifié fini.

Qu'est-ce qu'un tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° ?

Un tissu de fibre de verre biaxial 0°/90° contient des mèches de fibre de verre continues disposées dans deux directions perpendiculaires.

Les fibres à 0° s'étendent généralement sur toute la longueur du rouleau, tandis que les fibres à 90° s'étendent généralement sur toute la largeur du rouleau. Selon les spécifications du produit et la désignation du fabricant, celles-ci peuvent également être qualifiées de fibres longitudinales et transversales.

Cette construction est conçue principalement pour renforcer un stratifié dans ses directions principales longitudinales et transversales.

Principales propriétés du tissu en fibre de verre 0°/90°

Un tissu en fibre de verre 0°/90° offre généralement :

·  Haute résistance à la traction dans les directions longitudinale et transversale

·  Bonnes performances de flexion lorsqu'il est aligné avec les principales charges structurelles

·  Stabilité dimensionnelle améliorée dans deux directions perpendiculaires

·  Renforcement efficace des panneaux plats et légèrement incurvés

·  Propriétés mécaniques prévisibles le long des axes principaux du composant

·  Accumulation rapide du stratifié lors de l'utilisation de tissus de poids moyen ou lourd

Étant donné que les fibres sont positionnées le long des directions géométriques principales, le tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° est couramment utilisé lorsque les charges sont transportées sur la longueur et la largeur d'un panneau.

Applications typiques

Les applications courantes du tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° comprennent :

·  Côtés et panneaux inférieurs de la coque du bateau

·  Ponts et cloisons marines

·  Panneaux sandwich composites

·  Coques de pales d'éoliennes

·  Panneaux pour camions et véhicules utilitaires

·  Panneaux et profilés de construction

·  Réservoirs d'eau et réservoirs de stockage

·  Tôles plates et composants pultrudés

·  Couvertures et enceintes industrielles

·  Structures moulées en fibre de verre

Par exemple, dans un panneau composite long, les fibres à 0° peuvent renforcer la direction principale de la charge, tandis que les fibres à 90° aident à stabiliser le panneau sur toute sa largeur et à répartir les charges transversales.

Qu'est-ce qu'un tissu en fibre de verre biaxial ± 45° ?

Un tissu de fibre de verre biaxial ±45° se compose de deux couches de fibre de verre orientées à +45° et −45° par rapport à la longueur du rouleau ou à l'axe de référence défini du composant.

Au lieu de renforcer uniquement les directions longitudinales et transversales directes, les fibres diagonales sont particulièrement efficaces pour supporter les charges de cisaillement et de torsion dans le plan.

Principales propriétés du tissu en fibre de verre ± 45°

Un tissu en fibre de verre ±45° apporte généralement :

·  Bonne résistance au cisaillement dans le plan

·  Résistance améliorée à la torsion et à la torsion

·  Transfert de charge efficace entre les directions longitudinale et transversale

·  Bon renforcement autour des coins et des surfaces courbes

·  Meilleure conformité à certaines géométries de moules complexes

·  Risque réduit de division dans une seule direction principale

·  Renfort diagonal équilibré

Lorsqu'une structure composite se tord ou subit un cisaillement, la charge agit en diagonale sur le stratifié. Les fibres positionnées à +45° et -45° sont donc bien alignées pour résister à cette déformation.

Applications typiques

Les applications courantes du tissu en fibre de verre biaxial ± 45° comprennent :

·  Coques de bateaux courbées

·  Connexions coque-pont

·  Renforcement des longerons et du cadre

·  Tuyaux, tubes et pièces cylindriques

·  Toiles de cisaillement de pales d'éoliennes

·  Coins et joints composites

·  Composants automobiles et de transport

·  Stratifiés de réparation structurelle

·  Réservoirs et structures sous pression

·  Composants exposés à des charges de torsion ou multidirectionnelles

Dans la construction navale, par exemple, un tissu en fibre de verre biaxial de ± 45° est fréquemment utilisé autour des courbes de coque, des joints structurels, des bouchains, des longerons et des zones soumises à des charges de claquement ou de torsion.

Tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° vs ±45°

La principale différence réside dans la direction dans laquelle les fibres de renfort supportent les charges.

Aucun des deux tissus n’est universellement meilleur. Chacun fonctionne mieux lorsque l’orientation de sa fibre correspond au chemin de charge attendu.

Charges de traction et de flexion

Les composites en fibre de verre sont plus résistants lorsque les fibres de renforcement s'alignent avec la charge appliquée.

Si un panneau est principalement tiré sur sa longueur, les fibres dans la direction 0° supportent efficacement cette charge de traction. Si le panneau nécessite également de la résistance sur toute sa largeur, des fibres à 90° assurent un renfort transversal.

Pour cette raison, le tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° est souvent sélectionné pour :

·  Écrans plats longs

·  Peaux structurelles

·  Terrasses et planchers

·  Panneaux muraux

·  Coquilles de lame

·  Composants soumis à une flexion longitudinale

La flexion produit une tension d’un côté du stratifié et une compression de l’autre. Un renfort à 0° correctement positionné peut augmenter considérablement la rigidité en flexion et la résistance d'un panneau composite long.

Cependant, les performances en flexion ne dépendent pas uniquement de l’orientation du tissu. L'épaisseur du stratifié, la teneur en fibres, le système de résine, le matériau de l'âme et la distance entre les peaux d'un panneau sandwich ont également une influence majeure.

Charges de cisaillement et de torsion

Le cisaillement se produit lorsque des forces tentent de faire glisser une partie d’une structure par rapport à une autre. La torsion se produit lorsqu'une structure est tordue autour de son axe.

Les fibres placées à ±45° sont particulièrement efficaces dans ces conditions car les directions diagonales correspondent étroitement aux principales tensions et compressions générées par le cisaillement.

Le tissu en fibre de verre biaxial ±45° est donc couramment choisi pour :

·  Tubes et structures cylindriques

·  Sections de coque incurvées

·  Joints structurels

·  Coins et transitions

·  Toiles de cisaillement pour éoliennes

·  Pièces exposées à la torsion

·  Renforcement autour des ouvertures

·  Réparer les stratifiés

Un stratifié contenant seulement 0°/90° de fibres peut avoir une bonne résistance à la traction directe mais une résistance insuffisante à la fissuration ou à la torsion. L'ajout de couches de ± 45° crée une structure plus équilibrée.

Conformabilité sur les surfaces courbes

La conformabilité du tissu dépend de plusieurs facteurs, notamment :

·  Orientation des fibres

·  Poids du tissu

·  Modèle de point

·  Construction en couches

·  Présence de mat de fils coupés

·  Courbure du moule

·  Sens de drapage

Le tissu en fibre de verre biaxial de ± 45° s'adapte souvent plus facilement aux surfaces courbes ou composées, car la disposition diagonale des fibres peut s'adapter aux changements de forme plus efficacement qu'une disposition longitudinale et transversale rigide.

Cela rend le tissu en fibre de verre à ± 45° utile pour les contours des coques de bateaux, les coins arrondis, les tuyaux et les composants moulés complexes.

Cependant, un tissu biaxial lourd peut toujours franchir des rayons serrés ou se froisser sur des moules compliqués. Lorsqu'ils travaillent avec des courbes profondes ou des petits coins, les fabricants devront peut-être utiliser un tissu plus léger, des pièces plus étroites ou plusieurs couches au lieu d'une seule couche épaisse.

Un essai pratique du matériau est recommandé avant de commencer la production à grande échelle.

Les tissus 0°/90° et ±45° doivent-ils être utilisés ensemble ?

Dans de nombreuses applications structurelles composites, la meilleure solution consiste à combiner les deux constructions.

Un stratifié équilibré peut inclure :

·  Fibres 0° pour une résistance longitudinale

·  Fibres à 90° pour une résistance transversale

·  Fibres +45°/−45° pour la résistance au cisaillement et à la torsion

Par exemple, un stratifié peut utiliser une combinaison telle que :

1. 0°/90°

2. +45°/−45°

3. Matériau de base

4. +45°/−45°

5. 0°/90°

La séquence exacte dépend de la conception de la pièce, des conditions de chargement et du processus de fabrication. Les couches positionnées plus loin de l'axe neutre du stratifié ont généralement une plus grande influence sur la rigidité en flexion, tandis que les couches internes peuvent contribuer au transfert de cisaillement et à l'équilibre structurel.

Les tissus en fibre de verre triaxiaux et quadriaxiaux peuvent également combiner plusieurs directions dans un seul renfort cousu :

·  Tissu triaxial : 0°/+45°/−45°

·  Tissu triaxial : +45°/90°/−45°

·  Tissu quadriaxial : 0°/+45°/90°/−45°

Ces tissus multiaxiaux en fibre de verre peuvent réduire le nombre de plis séparés et améliorer l’efficacité de la production. Cependant, des couches biaxiales séparées offrent une plus grande flexibilité lorsque les ingénieurs ont besoin d'un contrôle précis sur l'orientation des fibres et le placement des plis.

Tissu en fibre de verre biaxial avec ou sans tapis

Les tissus biaxiaux 0°/90° et ±45° peuvent être fournis avec une couche supplémentaire de tapis à fils coupés. Les produits peuvent être décrits en utilisant des désignations telles que tissu de fibre de verre biaxial avec mat, tapis combiné ou tissu de fibre de verre cousu avec CSM.

La couche de mat peut fournir :

·  Meilleure liaison entre les couches de stratifié

·  Formation améliorée de surfaces riches en résine

·  Augmentation de l'épaisseur par couche

·  Meilleure compatibilité avec certains processus de drapage manuel

·  Contrôle d'impression amélioré dans certaines applications

Cependant, les tapis à fils coupés augmentent la consommation de résine et le poids du stratifié. Cela n’est peut-être pas nécessaire dans tous les stratifiés d’infusion d’époxy ou de résine.

Le tissu sans passe-partout est souvent choisi lorsque le fabricant souhaite :

·  Un rapport fibre/résine plus élevé

·  Consommation de résine réduite

·  Meilleure efficacité pondérale

·  Épaisseur du stratifié contrôlée

·  Utilisation plus propre en infusion sous vide

·  Compatibilité avec les applications où une couche de tapis n'est pas nécessaire

La construction correcte doit être sélectionnée en fonction du système de résine, de la teneur en verre cible, des exigences de surface et de la méthode de production.

Comment choisir le bon tissu en fibre de verre biaxiale

1. Identifiez la direction de la charge principale

Déterminez si la pièce est principalement soumise à :

·  Tension ou compression longitudinale

·  Chargement transversal

·  Pliage

·  Cisaillement dans le plan

·  Torsion

·  Impact

·  Chargement multidirectionnel

Choisissez un tissu en fibre de verre 0°/90° lorsque les charges principales agissent sur la longueur et la largeur du composant. Choisissez un tissu en fibre de verre de ± 45° lorsque le cisaillement, la torsion ou le transfert de charge diagonale sont plus importants.

Pour les pièces structurelles complexes, une combinaison est généralement requise.

2. Évaluez la forme du moule

Les panneaux plats et légèrement incurvés peuvent souvent utiliser efficacement un tissu en fibre de verre biaxial plus lourd 0°/90°.

Pour les courbes composées, les rayons étroits et les transitions complexes, un tissu à ± 45° ou des renforts plus légers peuvent offrir une meilleure drapabilité. Le poids du tissu et les coutures doivent également être pris en compte car l'orientation à elle seule ne détermine pas la conformabilité.

3. Sélectionnez le poids de tissu approprié

Le tissu en fibre de verre biaxial est disponible dans une large gamme de grammages surfaciques. Les poids courants peuvent inclure environ :

·  300 g/m⊃2 ;

·  400 g/m⊃2 ;

·  450 g/m⊃2 ;

·  600 g/m⊃2 ;

·  800 g/m⊃2 ;

·  1 000 g/m⊃2 ;

·  1 200 g/m⊃2 ; ou supérieur

Le poids correct dépend de l'épaisseur du stratifié requise, du nombre de plis, de la géométrie de la surface et du processus de fabrication.

Le tissu épais en fibre de verre augmente rapidement son épaisseur et peut réduire le travail, mais il peut être plus difficile à mouiller et à s'adapter aux courbes serrées. Un tissu plus léger permet un contrôle plus précis du stratifié mais nécessite plus de couches.

4. Considérez le processus de fabrication

Les tissus en fibre de verre biaxiale Jlon peuvent être sélectionnés pour des processus tels que :

·  Lay-up des mains

·  Spray-up combiné avec renfort cousu

·  Mise sous vide

·  Infusion sous vide

·  Moulage par transfert de résine

·  Moulage par compression

·  Pultrusion

·  Enroulement filamentaire pour des constructions adaptées

Pour l’infusion de résine, la perméabilité et l’écoulement de la résine doivent être pris en compte. Un empilement de renforts très dense peut ralentir le mouvement de la résine et augmenter le risque de zones sèches.

Pour une pose manuelle, le tissu doit être facile à mouiller sans accumulation excessive de résine. L'opérateur doit également s'assurer que l'air est évacué entre les couches.

5. Faites correspondre le tissu avec le système de résine

Le tissu en fibre de verre biaxial doit avoir un encollage compatible avec la résine prévue. Les systèmes de résine courants comprennent :

·  Résine polyester insaturée

·  Résine vinylester

·  Résine époxy

·  Autres résines composites thermodurcissables

Le système de résine affecte le comportement au mouillage, la liaison interlaminaire, la résistance chimique, la température de traitement et les performances mécaniques finales.

Avant la production, confirmez la compatibilité de la résine avec le fournisseur de tissu en fibre de verre.

6. Examinez la conception complète du stratifié

La sélection du renfort en fibre de verre ne doit pas être basée sur une seule couche de tissu.

La conception complète peut inclure :

·  Gelcoat ou couche de surface

·  Couches de peau en fibre de verre

·  Renforcement local

·  Matériau de base

·  Pâte adhésive ou de liaison

·  Système de résine

·  Inserts et zones de fixation

Pour les structures sandwich utilisant une âme en mousse PVC, une âme en mousse PET, une mousse PMI ou un nid d'abeilles, les peaux en fibre de verre supportent des charges de traction et de compression tandis que l'âme sépare les peaux et transfère le cisaillement.

L'orientation du tissu en fibre de verre doit donc compléter à la fois les charges externes et les propriétés du matériau d'âme.

Erreurs de sélection courantes

Choisir uniquement en fonction du poids du tissu

Deux tissus ayant le même poids total peuvent avoir des performances très différentes si leurs orientations de fibres sont différentes. Tenez toujours compte de la façon dont les fibres sont réparties entre les deux directions.

En supposant que le tissu à ± 45 ° soit utilisé uniquement pour la flexibilité

Le tissu en fibre de verre biaxial ±45° n'est pas simplement un renfort plus flexible. Son objectif structurel principal est de résister aux charges de cisaillement et de torsion.

Utiliser uniquement du tissu 0°/90° dans une structure torsadée

Une structure peut avoir une bonne résistance longitudinale mais néanmoins échouer en raison de fissures de cisaillement, de dommages aux joints ou de déformation en torsion. Un renforcement de ±45° peut être nécessaire.

Ignorer la distribution des fibres

Certains tissus biaxiaux divisent le poids total des fibres de manière égale entre les deux directions, tandis que d'autres utilisent une construction déséquilibrée. Par exemple, davantage de fibres peuvent être placées dans la direction 0° lorsqu'une plus grande résistance longitudinale est nécessaire.

Vérifiez les spécifications complètes du tissu au lieu de vous fier uniquement au total g/m⊃2 ;.

Ignorer les exigences du processus

Un tissu mécaniquement adapté peut néanmoins poser des problèmes de production s'il ne mouille pas, ne drape pas ou ne s'infuse pas correctement. La sélection des matériaux doit tenir compte à la fois des performances structurelles et des conditions de fabrication.

Pourquoi choisir le tissu en fibre de verre biaxial Jlon ?

Jlon fournit des matériaux de renforcement en fibre de verre aux fabricants de composites dans les marchés de la marine, de l'énergie éolienne, des transports, de la construction et de l'industrie générale.

Notre gamme de tissus en fibre de verre comprend :

·  Tissu en fibre de verre biaxial 0°/90°

·  Tissu biaxial en fibre de verre +45°/−45°

·  Tissu en fibre de verre biaxial avec tapis à brins coupés

·  Tissu triaxial en fibre de verre

·  Tissu quadriaxial en fibre de verre

·  mèche tissée

·  Tissu en fibre de verre

·  Tapis à brins coupés

·  Renfort en fibre de verre cousu sur mesure

Jlon peut fournir différents poids de tissu, largeurs, longueurs de rouleaux, répartitions de fibres et constructions de couture selon les exigences du client.

Lorsqu'ils demandent une recommandation, les clients doivent fournir :

·  Application

·  Dimensions des pièces

·  Direction de la charge

·  Poids du tissu requis

·  Largeur du rouleau

·  Type de résine

·  Processus de fabrication

·  Tissu avec ou sans passe-partout

·  Épaisseur du stratifié cible

·  Quantité annuelle ou projet

Grâce à ces informations, Jlon peut aider à identifier une construction de tissu en fibre de verre biaxiale appropriée pour les tests et la qualification.

Foire aux questions

Le tissu biaxial 0°/90° est-il plus résistant que le tissu ±45° ?

Pas nécessairement. La résistance dépend de la direction de la charge appliquée. Un tissu à 0°/90° est normalement plus résistant dans le sens longitudinal et transversal des fibres, tandis qu'un tissu à ±45° est plus efficace pour les charges de cisaillement et de torsion dans le plan.

Quel tissu en fibre de verre biaxial est le meilleur pour la construction navale ?

Les deux sont largement utilisés dans les composites marins. Le tissu 0°/90° convient au renforcement longitudinal et transversal des coques, ponts et panneaux. Le tissu ±45° est couramment utilisé pour les courbes de coque, les longerons, les joints, les bouchains et les zones exposées au cisaillement ou à la torsion. Les stratifiés marins structurels combinent souvent les deux.

Le tissu en fibre de verre biaxial est-il adapté à l’infusion sous vide ?

Oui. Les tissus en fibre de verre biaxiaux et multiaxiaux sont largement utilisés en infusion sous vide. Le poids du tissu, l'épaisseur de la pile, la perméabilité et la stratégie d'écoulement de la résine doivent être pris en compte pour obtenir une imprégnation complète.

Quelle est la différence entre le tissu biaxial et le roving tissé ?

Les mèches tissées sont produites en entrelaçant des mèches de chaîne et de trame, créant ainsi un frisage des fibres aux points de croisement. Le tissu en fibre de verre biaxial utilise des couches de fibres droites séparées maintenues ensemble par des coutures. Son sertissage inférieur peut améliorer l'efficacité mécanique directionnelle.

Le tissu en fibre de verre biaxial peut-il être fourni avec un tapis à brins coupés ?

Oui. Jlon peut fournir du tissu en fibre de verre biaxial avec ou sans couche de tapis à brins coupés. La meilleure option dépend de la résine, du processus de fabrication, des exigences de liaison et des propriétés du stratifié cible.

Jlon peut-il personnaliser le poids des fibres dans chaque direction ?

Oui. En plus des tissus biaxiaux équilibrés, les constructions personnalisées peuvent attribuer différents poids de fibres à différentes directions. Ceci est utile lorsqu'un composant nécessite davantage de renforcement le long d'un axe principal.

Conclusion

Le choix entre un tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° et ±45° doit être basé sur la direction de la charge plutôt que sur le seul poids du tissu.

Utilisez un tissu en fibre de verre biaxial 0°/90° lorsque la structure nécessite un renforcement efficace en traction ou en flexion longitudinale et transversale. Utilisez un tissu en fibre de verre biaxial de ± 45° lorsque la résistance au cisaillement, les performances en torsion et le transfert de charge diagonale sont plus importants.

Pour de nombreuses pièces composites structurelles, le stratifié le plus efficace combine des renforts à 0°, 90° et ±45°. Cela crée une structure plus équilibrée capable de supporter des charges dans plusieurs directions.

Jlon fournit du tissu en fibre de verre biaxial et du renfort en fibre de verre multiaxial dans des poids, largeurs et constructions personnalisés. Contactez Jlon avec votre application, votre système de résine, votre processus de production et les spécifications requises pour discuter du tissu en fibre de verre le plus approprié pour votre projet composite.