Examinez attentivement une section de tube ou de plaque en fibre de carbone ou en fibre de verre et vous verrez que les fibres vont dans des directions différentes et spécifiques. En comparant différents styles de tubes, vous remarquerez peut-être que la direction des fibres, également appelée orientation, n'est pas toujours uniforme. Les fabricants de tubes et de plaques composites utilisent différentes orientations en fonction de ce qu'ils souhaitent accomplir avec le produit fini.
Dans cet article, nous expliquerons comment la direction des fibres influence les propriétés des tubes en fibre de carbone et en fibre de verre. Les propriétés spécifiques sont souvent idéales pour des applications spécifiques. À la fin de cet article, vous saurez comment l'orientation des fibres affecte le tube et comment choisir la bonne orientation des fibres pour votre projet.
TROIS PRINCIPALES ORIENTATIONS DES FIBRES
Les fibres peuvent être orientées dans n'importe quelle direction entre 0 degré et 180 degrés, bien que l'orientation des fibres au-delà de 90 degrés soit généralement appelée valeur d'angle négative. Par exemple, un angle de fibre de 135 degrés équivaut à un angle de -45 degrés. La plupart des tubes en fibre de carbone et en fibre de verre actuellement sur le marché utilisent une combinaison de deux ou plusieurs de ces orientations :
L'angle de fibre de 0 degré - zéro-degré est l'orientation la plus fréquemment utilisée. Lorsque les fibres sont orientées dans la direction de la charge, elles sont les plus résistantes et les plus rigides. Sur les tubes, la direction zéro-degré s'étend sur toute la longueur du tube et contribue à la résistance à la rigidité en flexion.
Un angle de fibre de 90 degrés - quatre-vingt-dix- degrés est utilisé lorsqu'une courbure dans les deux sens est requise. Dans un tube, les fibres à quatre-vingt-dix- degrés sont orientées dans la circonférence du tube. Ils aident à empêcher le tube de s’écraser ou de se déformer lorsqu’il est chargé.
±45 degrés - Des angles de quarante-cinq-degrés sont souvent utilisés en conjonction avec des plis de zéro et quatre-vingt-dix-degrés pour créer un drapage quasi-isotrope. Une couche positive de quarante-cinq-degrés est presque toujours associée à une couche négative de quarante-cinq-degrés. Lorsqu'elles sont utilisées sur un tube, les couches de quarante-cinq-degrés contribuent à la rigidité et à la résistance à la torsion.
La fibre tissée est souvent considérée comme ayant un angle de fibre de 0/90 degrés car il y a des fibres dans les deux sens, mais en une seule pièce. Certains matériaux tissés peuvent contenir encore plus de directions de fibres ; par exemple, les tissages triaxiaux ont des fibres dans trois directions et sont généralement quasi-isotropes par eux-mêmes.
L'EFFET DE L'ORIENTATION DES FIBRES SUR LES PROPRIÉTÉS
La façon dont les fibres sont orientées dans une couche de fibre de carbone ou de fibre de verre influence ses propriétés pour la fabrication de tout, des tubes aux vaisseaux spatiaux. Les constructeurs doivent tenir compte de ces propriétés lors de leur processus de conception. Ci-dessous, nous expliquerons comment chacune des orientations courantes des fibres affecte les propriétés.
1. 0 degré ORIENTATION
Si une pièce n'est chargée que dans une seule direction, l'idéal est que toutes les fibres soient orientées dans cette direction. Les tiges et tubes pultrudés sont des exemples de pièces contenant uniquement des fibres à 0 degré. Étant donné que la plupart des pièces ne sont pas chargées dans une seule direction, nous devons ajouter d'autres angles pour maximiser la résistance. Un tube qui ne voit que la flexion et aucune torsion bénéficierait probablement de certains angles de fibre supplémentaires. L'ajout de couches à 90 degrés aide le tube à mieux conserver sa forme afin qu'il ne se déforme pas prématurément.
2. 90 degré ORIENTATION
Comme mentionné précédemment, des couches à 90 degrés sont souvent ajoutées aux tubes pour les rendre plus résistants au flambage et à l'écrasement. De fortes concentrations de couches à 90 degrés ou « cerceaux » peuvent également être trouvées dans les récipients sous pression. Puisque la force tente d’agrandir le tube dans un récipient sous pression, les couches à 90 degrés résistent le mieux à la force. Lorsque des couches à 90 degrés sont utilisées conjointement avec des couches à 0 degré dans une plaque, on parle de bidirectionnel. L'utilisation de tissu tissé peut être un moyen simple de construire rapidement des pièces avec de la fibre dans les directions de 0 degré et de 90 degrés.
3. ORIENTATION ± 45 degrés
Les couches à 45 degrés servent à des fins différentes selon l'application. Vous verrez presque toujours un degré +45 associé à un calque de -45 degrés. Ceci permet de maintenir le stratifié « équilibré » et de l'empêcher de se tordre avec force lorsqu'il est chargé. Lorsque des couches à 45 degrés sont utilisées dans une plaque qui contient déjà un mélange égal de couches à 0 degré et à 90 degrés, la plaque devient quasi-isotrope. Alors qu'une plaque bidirectionnelle a des propriétés égales dans deux directions, une plaque quasi-isotrope a des propriétés quasi-égales dans toutes les directions. Dans un tube, des couches à 45 degrés ajoutent de la résistance à la torsion et de la rigidité. En effet, lorsqu'un tube est tordu, la force agissant sur le stratifié est en réalité de quarante-cinq degrés. Certains stratifiés utiliseront des angles autres que 45 degrés comme compromis entre les performances de flexion, d'écrasement et de torsion. Étant donné que les couches à 0 degré ne sont pas possibles sur les tubes à enroulement filamentaire, il est courant de voir des couches à 10 ou 15 degrés être utilisées à la place.
CHOISIR LA BONNE ORIENTATION DES FIBRES
Maintenant que vous savez comment chaque orientation des fibres affecte les propriétés, vous pouvez choisir la bonne configuration. Si vous avez besoin d'un tube qui fonctionne dans une grande variété de conditions, une superposition bidirectionnelle est idéale. Si vous avez besoin d'un tube qui résiste bien à la torsion, choisissez un produit avec plus de couches à 45 degrés. Si vous devez augmenter rapidement l’épaisseur, un matériau tissé peut être un bon choix.
Xinbo Composite propose des plaques et des tubes avec des superpositions pour répondre à presque toutes les demandes. Si vous avez besoin d'une configuration personnalisée ou technique pour votre projet, appelez-nous ou envoyez-nous un e-mail. Si vous avez d'autres questions sur la manière dont l'orientation des fibres affecte les performances d'une pièce, nos représentants du service client se feront un plaisir de vous aider.
