Quels produits conviennent au procédé de pultrusion ?

Quels produits conviennent au procédé de pultrusion ?

Discussion sur les avantages et les inconvénients des matériaux composites pultrusifs et leurs applications

Matériaux composites asiatiques (Thaïlande) Co., Ltd.

Les pionniers de l'industrie de la fibre de verre en THAÏLANDE

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Pultrusionmatériaux compositessont des composites polymères renforcés de fibres (FRP) hautes performances fabriqués à l'aide d'un procédé continu appelé pultrusion.

Dans ce procédé, des fibres continues (comme le verre ou le carbone) sont tirées dans un bain de résine thermodurcissable (comme la résine époxy, le polyester ou le vinylester), puis des moules sont utilisés pour façonner le matériau selon les besoins. La résine durcit ensuite, formant un produit composite solide, léger et durable.

PultrusionRésines 

La résine de matrice est un composant essentiel des matériaux composites pultrusifs. Parmi les résines de pultrusion les plus courantes, on trouve l'époxy, le polyuréthane, les résines phénoliques, les résines vinyliques et les systèmes de résines thermoplastiques récemment largement étudiés. En raison des caractéristiques des matériaux composites pultrusifs, la résine de matrice doit présenter une faible viscosité et des vitesses de réaction rapides à haute température. Lors du choix de la résine de matrice, des facteurs tels que la vitesse de réaction de pultrusion et la viscosité de la résine doivent être pris en compte. Une viscosité élevée peut affecter la lubrification pendant la fabrication du produit.

Résine époxy 

Les matériaux composites de pultrusion préparés avec des résines de pultrusion époxy présentent une résistance élevée et peuvent être utilisés dans des conditions de température élevée, avec un durcissement rapide

vitesse. Cependant, des défis tels que la fragilité des matériaux, la courte période d'applicabilité, la faible perméabilité et la température de durcissement élevée limitent le développement de l'industrie éolienne en Chine, en particulier dans les matériaux des pales et des racines des éoliennes.

Polyuréthane 

La résine polyuréthane présente une viscosité plus faible, ce qui permet une teneur en fibres de verre plus élevée que les résines polyester ou vinylester. Il en résulte des matériaux composites polyuréthane pultrusifs dont le module d'élasticité en flexion est proche de celui de l'aluminium. Le polyuréthane présente d'excellentes performances de mise en œuvre par rapport aux autres résines.

Résine phénolique 

Ces dernières années, les matériaux composites pultrusifs à base de résine phénolique ont suscité un intérêt croissant en raison de leur faible toxicité, de leur faible émission de fumée et de leur résistance aux flammes. Ils ont trouvé des applications dans des domaines tels que le transport ferroviaire, les plateformes de forage pétrolier offshore, les ateliers de résistance à la corrosion chimique et les pipelines. Cependant, les réactions de durcissement traditionnelles des résines phénoliques sont lentes, ce qui entraîne des cycles de moulage longs et la formation de bulles lors d'une production continue rapide, ce qui affecte les performances du produit. Les systèmes de catalyse acide sont souvent utilisés pour surmonter ces difficultés.

Résine vinylester 

La résine vinylester-alcool présente d'excellentes propriétés mécaniques, une résistance à la chaleur et à la corrosion, ainsi qu'un durcissement rapide. Vers l'an 2000, elle était l'une des résines préférées pour les produits pultrusifs.

Résine thermoplastique 

Les composites thermoplastiques surmontent les inconvénients environnementaux des composites thermodurcissables en offrant une grande flexibilité, une résistance aux chocs, une bonne tolérance aux dommages et des propriétés d'amortissement. Ils résistent à la corrosion chimique et environnementale, durcissent rapidement sans réaction chimique et peuvent être mis en œuvre rapidement. Les résines thermoplastiques les plus courantes comprennent le polypropylène, le nylon, le polysulfure, le polyétheréthercétone, le polyéthylène et le polyamide.

Comparés aux matériaux traditionnels comme le métal, la céramique et les plastiques non renforcés, les composites pultrusifs renforcés de fibres de verre présentent plusieurs avantages. Ils offrent des capacités de conception sur mesure uniques pour répondre aux exigences spécifiques des produits.

Avantages dePultrusionMatériaux composites:

1. Efficacité de fabrication : le moulage par pultrusion est un processus continu présentant des avantages tels qu'un volume de production élevé, des coûts inférieurs et des délais de livraison plus rapides par rapport aux méthodes de fabrication de composites alternatives.

2. Rapport résistance/poids élevé : les matériaux composites pultrusifs sont à la fois solides et rigides, tout en étant légers. Les pultrusions en fibre de carbone sont nettement plus légères que les métaux et autres matériaux, ce qui les rend idéales pour les applications sensibles au poids dans l'aéronautique, l'automobile et les transports.

3. Résistance à la corrosion : les composites FRP présentent une forte résistance à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux applications dans des industries telles que le traitement chimique, la marine, le pétrole et le gaz naturel.

4. Isolation électrique : les pultrusions en fibre de verre peuvent être conçues pour être non conductrices, ce qui en fait un choix idéal pour les applications électriques nécessitant des performances diélectriques.
Stabilité dimensionnelle : les matériaux composites pultrusifs ne se déforment pas et ne se fissurent pas avec le temps, ce qui est crucial pour les applications avec des tolérances précises.

5. Conception sur mesure : Les composants pultrusifs peuvent être fabriqués dans diverses formes et tailles, notamment des tiges, des tubes, des poutres et des profils plus complexes. Ils sont hautement personnalisables, permettant des variations de conception en termes de type de fibre, de volume de fibre, de type de résine, de voile de surface et de traitement, afin de répondre aux exigences spécifiques de performance et d'application.

Inconvénients de l'utilisationpultrusionMatériaux composites :

1. Formes géométriques limitées : les matériaux composites de pultrusion sont limités aux composants avec des sections transversales constantes ou presque constantes en raison du processus de fabrication continu où le matériau renforcé de fibres est tiré à travers des moules.

2. Coûts de fabrication élevés : Les moules utilisés pour le moulage par pultrusion peuvent être coûteux. Ils doivent être fabriqués à partir de matériaux de haute qualité, capables de résister à la chaleur et à la pression du procédé, et respecter des tolérances d'usinage strictes.

3. Faible résistance transversale : La résistance transversale des matériaux composites pultrusifs est inférieure à leur résistance longitudinale, ce qui les rend plus faibles dans la direction perpendiculaire aux fibres. Ce problème peut être résolu en intégrant des tissus ou des fibres multiaxiaux lors du processus de pultrusion.

4. Réparation difficile : Si les matériaux composites pultrusifs sont endommagés, leur réparation peut s'avérer complexe. Des composants entiers peuvent nécessiter un remplacement, ce qui peut être à la fois coûteux et chronophage.

Applications dePultrusionMatériaux compositespultrusionLes matériaux composites trouvent de nombreuses applications dans diverses industries, notamment :

1. Aérospatiale : composants pour aéronefs et engins spatiaux, tels que surfaces de contrôle, trains d'atterrissage et supports structurels.

2. Automobile : composants automobiles, y compris les arbres de transmission, les pare-chocs et les composants de suspension.

3. Infrastructure : Renforcement et composants pour infrastructures, tels que traverses, tabliers de pont, réparation et renforcement du béton, poteaux électriques, isolateurs électriques et traverses.

4. Traitement chimique : Équipements de traitement chimique tels que tuyaux et grilles de sol.

Médical : Renfort pour appareils orthodontiques et tiges de sondes endoscopiques.

5. Marine : applications marines, y compris les mâts, les lattes, les pilotis de quai, les goupilles d'ancrage et les quais.

6. Pétrole et gaz : applications pétrolières et gazières, y compris les têtes de puits, les pipelines, les tiges de pompe et les plates-formes.

7. Énergie éolienne : composants pour pales d'éoliennes, tels que renforts de pales, chapeaux de longeron et raidisseurs de racine.

8. Équipements sportifs : composants nécessitant des sections transversales constantes, tels que les skis, les bâtons de ski, l'équipement de golf, les rames, les composants de tir à l'arc et les mâts de tente.

Comparés aux métaux et plastiques traditionnels, les matériaux composites pultrusifs offrent de nombreux avantages. Si vous êtes ingénieur en matériaux et que vous recherchez des matériaux composites hautes performances pour votre application, les matériaux composites pultrusifs sont un choix judicieux.