I.2.4. Fibres aramide (kevlar)
La fibre aramide est obtenue a partir des polyamides
aromatiques (ou polyaramide) par synthèse chimique à basse
température ; ses propriétés diffèrent de celles
des polyamides aliphatiques classiques (type PA 6-6, dit « Nylon
») ; on la nomme souvent « Kevlar », qui est la
marque de son créateur Dupont de Nemours. Les composites
renforcés de fibres d'aramide offrent une bonne stabilité en
température (Jusqu'à 200°C en fonction de la matrice) mais
souffrent :
Ø d'une adhérence moyenne entre matrice et
fibres,
Ø d'un prix encore trop élevé : le prix de
base est encore de l'ordre de 40 $/kg et de 160 $/kg pour la nouvelle fibre
Zylon (PBO).
La production mondiale de fibres d'aramide atteint 40.000
tonnes/an, dont seulement 4.000 tonnes sont utilisées dans les
composites.
Malgré leur résistance mécanique en
traction, elles résistent mal en compression et dans le sens normal
à l'axe de la fibre. De ce fait, elles sont noyées dans une
matrice où sont mélangées d'autres fibres pour
améliorer la tenue au choc d'une structure composite.
I.2.5. Fibres de polyéthylène haute
ténacité
Présentent les avantages suivants :
· Légèreté (d = 0,95 à comparer
à celle de l'aramide d = 1,44) ;
· Haute capacité de conversion de l'énergie
cinétique (par exemple celle d'un projectile) en énergie
thermique.
Les composites à fibres de polyéthylène
restent encore marginaux, malgré leur utilisation dans le domaine de la
balistique et du blindage (gilets bare-balles de Arès, plaques de
blindage, casques ONU). Leur champ d'application est limité par leurs
principales faiblesses :
· Mauvaise résistance à la
température (fluage dès 90°C ; l'aramide ne se
dégrade qu'à 400°C) ; Le fluage c'est une déformation
lente du matériau quand on lui applique une charge permanente.
· Mauvaise adhérence entre les fibres et la
matrice.
La production mondiale de fibres de
polyéthylène haute ténacité représente 2.000
à 3.000 tonnes/an, dont moins de 200 tonnes sont utilisées dans
les composites, Les principales marques sont : Dyneema de DSM (Pays Bas),
Spectra aux Etats Unis.
I.2.6. Fibres naturelles
Pourront constituer une alternative intéressante aux
fibres de verre en raison de leur plus grande facilité de recyclage
lorsque leurs propriétés physiques seront mieux
appréhendées. Les industriels (Sommer) et certains CRITT (tels
Appollor) développent des composites avec des fibres naturelles (lin,
chanvre, mais également sisal) qui apparaissent plus écologiques
que les fibres de verre, en particulier plus facilement recyclables car elles
peuvent être brûlées.
Chapitre I Matériaux composites
Page 12
En outre :
· Leurs propriétés mécaniques
pourraient atteindre celles des fibres de verre (module de Young) ;
· La fibre se travaille très facilement avec les
technologies du textile (tissage).
Les fibres naturelles présentent plusieurs verrous
techniques majeurs pour une utilisation massive dans les matériaux
composites :
· Elles ne sont pas fabriquées par un processus
industriel et la reproductibilité de leurs caractéristiques
physiques ne peut donc pas être parfaitement maîtrisée,
· La quantité et la qualité dépendent
de l'environnement et de l'humidité (de 8 ou 10% du taux
d'humidité),
· Leurs caractéristiques mécaniques
(résistance à la traction) moyennes ont engendré plusieurs
échecs dans les projets d'intégration des composites à
fibres naturelles dans l'automobile.
En réalité il existe une longue liste de fibres
qui peuvent être utilisées comme renforcement mais les quatre
premières dont nous avons parlé sont les plus importantes.
Les propriétés mécaniques des
principales fibres de renfort sont résumées dans le tableau
suivant 1.1 :
Diamètre Module
Masse Résistance
Type de mono
d'allongement
spécifique
renfort filament Traction Compression Elasticité
Rupture
(kg/m3)
(m) (Gpa) (Gpa) (Gpa) (%)
|
Verre E
|
10 à 20
|
2.6
|
2.5
|
1 à 1.2
|
72
|
4.5
|
Verre R
|
|
2.5
|
3.5
|
|
85
|
5.2
|
Carbone HR
|
6 à 7
|
1.8
|
3 à 4
|
1.1-1.8
|
230-250
|
1.3
|
Carbone HM
|
|
1.9
|
2.7
|
|
400-500
|
0.5
|
Aramide
|
12
|
1.45
|
2.8 à 3
|
0.3-0.5
|
120-130
|
2.5
|
Polyéthylène
haut module
|
|
0.96
|
3
|
|
100
|
|
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Tableau I.1 : Caractéristiques
moyennes des fibres de renfort [ESCO 05]
| 
