Meilleure résistance circonférentielle des profilés composites avec le pull-winding
Sur un tuyau droit, toute force appliquée aux parois cylindriques génère des contraintes circonférentielles. Les poignées d’outil, telles que les poignées de serpillères, par exemple, subissent ce type de contrainte lorsqu’elles sont manipulées énergiquement, et la même chose s’applique aux tubes sous pression. Afin de s’assurer que les tubes composites peuvent résister à ces défis, les profilés doivent être fabriqués avec des fibres alignées et croisées, afin d’offrir une forte rigidité et résistance mécanique dans le sens transversal. Dans cet article, Lauri Turunen, PBO pour les manches à outils et tubes télescopiques et expert du pull-winding chez Exel Composites, compare différentes techniques de fabrication et explique pourquoi la technologie de pull-winding permet d’obtenir une forte résistance circonférentielle.
L’orientation des fibres d’un profilé composite a un impact significatif sur ses propriétés mécaniques. Un alignement type est unidirectionnel, car les renforts sont alignés dans le sens de la longueur du profilé et offrent une bonne résistance axiale. Les renforts croisés améliorent la rigidité et la résistance transversales. Cela se fait en général avec du tissu et produit des alignements de +/- 45 ou +/- 90 degrés. Pour cela, des techniques de fabrication populaires, telles que l’enroulement de filaments et les matériaux pré-imprégnés « prepreg » sont utilisés le plus souvent.
Prepreg et enroulement de filaments
Les matériaux pré-imprégnés parviennent à une forte résistance circonférentielle par l’imprégnation des fibres (généralement du tissu) avec de la résine époxy et en enroulant la matière résultante autour d’un mandrin en acier pour le séchage. Comme pour l’enroulement de filaments, les fibres sont enroulées autour d’un mandrin en acier dans le sens transversal, afin de les aligner dans ce sens ou selon les angles voulus.
Ces deux procédés permettent aux fabricants de contrôler précisément la proportion de fibres et de résine, ainsi que l’épaisseur des plis, mais nécessite le plus souvent des procédés de séchage plus longs et énergivores avec des phases de chauffage et de refroidissement. Cela, en supplément des nombreuses étapes manuelles propres au processus d’enroulement des filaments, rend cette technique mieux adaptée à la fabrication de tubes épais, à grand diamètre.
Outre les considérations techniques, le coût est également un facteur. Dans la mesure où l’enroulement de filaments et la pré-imprégnation roulante impliquent davantage de tâches manuelles que les techniques de fabrication continue, telles que la pultrusion et le pull-winding, ils sont généralement plus coûteux en main d’œuvre et ressources, et peuvent prendre plus de temps à produire par rapport aux profilés composites.
Cela pousse de nombreux industriels à se tourner vers des procédés plus économiques de fabrication de profilés à forte résistance circonférentielle, ce qui est important par exemple pour les produits télescopiques où les tubes se verrouillent en appuyant sur des loquets de surface, qui transfèrent la force de cette pression sur le tube.
Le pull-winding permet d’obtenir une forte résistance circonférentielle
Comme la pultrusion, le pull-winding consiste à tirer des fibres dans un bain de résine, puis dans une matrice chauffée pour ensuite sécher et former le profilé voulu. La principale différence, cependant, est qu’une partie des fibres forme un enroulement hélicoïdal autour d’un mandrin dans le sens transversal, avant d’être placées dans la matrice chauffée. S’il est similaire à l’enroulement de filaments, le pull-winding offre plus de contrôle sur le placement et la tension des fibres, ce qui permet d’obtenir une résistance circonférentielle plus uniforme et prévisible.
Le pull-winding est particulièrement pertinent pour la production de matériaux composites à paroi fine et à forte résistance circonférentielle, car il offre un contrôle fin et précis des couches transversales de fibres. Cela est obtenu en combinant l’alignement unidirectionnel des fibres à l’enroulement hélicoïdal, ce qui permet de contrôler les fibres de quelques degrés jusqu’à l’angle droit. De plus, le pull-winding est un procédé hautement automatisé et répétable, permettant de produire de gros volumes de façon économique à partir d’un procédé de fabrication unique et en ligne.
Exel Composites est un spécialiste des techniques de fabrication continue, telles que le pull-winding et allie cette expertise à une approche ouverte et collaborative. Par exemple, Exel reste ouvert à la discussion des options et des possibilités avec ses clients tout au long du processus de développement, ce qui permet de s’assurer que la conception du produit et son développement s’alignent parfaitement sur leurs critères. Cela leur permet de développer des matériaux composites avec une résistance circonférentielle optimale, ce qui donne une solution légère et économique, sans compromis sur les performances mécaniques.
