Tissu aramide tissé : comment l'orientation des fibres affecte la résistance et le traitement

Un fil para-aramide de 3,6 GPa fait partie des fibres de renforcement les plus résistances disponibles, mais son tissage dans un tissu à armure toile serrée peut réduire sa résistance à la traction efficace à environ les deux niveaux de cette valeur. L'écart entre les propriétés des fibres et celles du tissu n'est pas un défaut : c'est le résultat direct de l'orientation des fibres et de la géométrie du tissage. Pour les ingénieurs qui spécifient des renforts en aramide tissé, comprendre comment l'orientation contrôle la résistance et le traitement est l'étape critique avant de choisir un matériau.

Ce que signifie réellement l’orientation des fibres dans un tissu en aramide

L'orientation des fibres dans un tissu tissé est la direction des fils de chaîne, s'étendant à 0 degré le long de la longueur du rouleau, et des fils de trame, se croisant à 90 degrés, par rapport au chemin de charge dans la pièce finie.

Contrairement au ruban unidirectionnel, un tissu tissé transporte un renfort dans deux directions simultanées dans le plan. C'est pourquoi l'aramide tissé est spécifié pour les casques, les panneaux balistiques, les boucliers anti-souffle et les supports composites qui voient les charges sous plusieurs angles. Mais la structure bidirectionnelle à un coût : chaque fil de chaîne passe par-dessus et par-dessous chaque fil de trame, formant une courbure appelée frisure. Les molécules de para-aramide sont fortement alignées le long de l'axe de la fibre, de sorte que la fibre est forte en tension mais faible en flexion et en compression latérale. Le sertissage transfère donc les réelles pertes de résistance directement dans le tissu. Pour une comparaison plus large des qualités et des applications des tissus aramide, notre guide de tissu aramide couvre toute la gamme immobilière.

Chaîne et trame : la force est directionnelle

Le tissu aramide tissé est plus résistant lorsque la charge est alignée avec les fils de chaîne ou de trame, et il perd rapidement sa résistance lorsque la charge est appliquée entre ces deux axes.

Pour un tissu aramide sergé 2/2 équilibré, la rétention typique de la résistance à la traction par rapport à la direction de chaîne convient au modèle ci-dessous. La valeur de 0 degré est normalisée à 100 pour cent.

À 45 degrés, plus de 60 pour cent de la force alignée disparaît. Il s'agit de la cause de dysfonctionnement la plus fréquente des stratifiés aramide : les ingénieurs dimensionnent la pièce à partir des données de traction mesurées dans le sens de la déformation, puis surestiment la rigidité et la résistance hors axe du panneau.

Pour un appareil sous pression, une coque de casque ou un bras de drone, la conception doit soit orienter chaque pli de manière à ce que la charge principale suive la chaîne ou la trame, soit construire un stratifié avec 0/90 et plus/moins 45 plis pour couvrir l'enveloppe de charge complète.

Modèle de tissage : le sertissage contrôle la traduction de la force

Un motif de tissage plus serré produit un frisage plus élevé, et un frisage plus élevé réduit le pourcentage de résistance à la traction des fibres qui atteint le stratifié fini - une valeur appelée efficacité de traduction de résistance.

Le motif de tissage est la deuxième couche de contrôle d'orientation. L'armure toile (1/1) fait passer chaque fil sur un et sous un, bloquant ainsi la structure de manière rigide. Le sergé (2/2) fait flotter les fils sur deux voisins, et le satin (4H) crée de longs flotteurs avec un frisage minimal. Le compromis est cohérent : un frisage plus faible améliore la translation de résistance et la drapabilité, mais affaiblit la stabilité de la surface et la résistance au glissement.

Comment l'orientation change-t-elle lors de la découpe, du drapage et du mouillage de la résine

L'orientation des fibres et la densité de tissage déterminant le comportement du tissu aramide au cours des trois étapes de production où la plupart des déchets sont créés : la découpe, le drapage et l'infusion de résine.

• Coupé. Les fils d'aramide fibrillants sous le cisaillement et les fils inclinés aux intersections de tissage rendent les coupes nettes plus difficiles que dans le tissu de carbone. Les couteaux à ultrasons ou la découpe au jet d'eau produisent des bords nets ; Les fraises circulaires à pointe de carburateur fonctionnant à vitesse réduite fonctionnent également si la lame est fraîche.
• Drapage. Sur un moule à double courbure, un tissage uni serré résiste au cisaillement dans le plan, de sorte qu'il se froisse au lieu de se conformer. Le sergé et le satin permettent la rotation du fil dans le tissu, ce qui permet au pli de se cisailler pour prendre la forme du moule sans que les fibres ne se déforment.
• Mouillage. La résine s'écoule le long des faisceaux de fibres et chaque intersection de tissage constitue une restriction potentielle du débit. Le tissage uni dense ralentit le mouillage et peut emprisonner l'air, tandis que le sergé ou le satin à frisage inférieur s'humidifie plus rapidement et permet d'obtenir un contenu de vides plus faible.

Choisir le bon tissu aramide pour la production

Choisissez l'équilibre chaîne et trame et le modèle de tissage en fonction du cas de charge dominante et du processus de production - et non pas uniquement en fonction de la résistance à la traction de la fiche technique de la fibre.

Effectuez la sélection dans cet ordre :

1. Définissez la direction de charge principale et orientez le rouleau de manière à ce que les fils de chaîne s'alignent sur cet axe.
2. Sélectionnez le motif de tissage : uni pour la stabilité de la surface, sergé pour une résistance et un drapé équilibrés, satin pour une traduction de résistance maximale.
3. Vérifiez l'équilibre de la chaîne-trame : 50/50 pour une réponse à peu près isotrope ou des rapports spécialisés pour la conduite directionnelle.
4. Adaptez le poids superficiel et le sertissage au système de résine : les résines d'infusion à faible viscosité gèrent mieux les tissages denses que les films adhésifs.
5. Confirmez la largeur du tissu, la longueur du rouleau et la qualité de l'épissage auprès du fournisseur avant de proposer la pièce.

Pour les pièces qui nécessitent à la fois la ténacité de l'aramide et la rigidité du carbone, les tissus hybrides aramide-carbone placent chaque type de fibre dans la même couche tissée, ce qui simplifie le contrôle de l'orientation par rapport à l'empilement de plis séparés. Jiangyin Dongli Nouveaux matériaux Technology Co., Ltd. , un fabricant de composites à processus complet doté d'une usine de 32 000 m2 et de 10 lignes de production, fournit des tissus tissés en aramide et des tissus hybrides aramide-carbone dans des rapports chaîne/trame contrôlés et des largeurs personnalisées. Leur équipe d'ingénieurs peut adapter le motif de tissage à votre processus d'infusion ou de préimprégné.

Tissu tissé en aramide haute température pour superpositions ignifuges Ce tissu tissé en para-aramide ou méta-aramide maintient son intégrité au-dessus de 200°C sans fondre, offrant un frisage contrôlé pour une traduction de résistance visible. Il convient aux barrières thermiques et aux renforts structurels dans les environnements à forte chaleur. Voir le produit →

Pour les superpositions à haute température et ignifuges, la même usine produit du tissu tissé en aramide dans des plages de sertissage contrôlées, ce qui permet de prévoir la traduction de la résistance d'un rouleau à l'autre.

Tissu tissé hybride aramide-carbone en uni et sergé 3K Combinant la ténacité de l'aramide et la rigidité du carbone dans une seule couche tissée, ce tissu hybride améliore la résistance aux chocs et les performances à haute température. Ses variantes unies ou sergées permettent des ajustements de drapabilité et de module, idéaux pour les pièces aérospatiales et automobiles. Voir le produit →

Vérifiez le sertissage et le poids superficiel par rapport à vos limites de conception avant de commander des volumes élevés. Un passage du sergé au satin avec le même poids surfacique peut modifier le module du stratifié de 5 à 10 pour cent tout en améliorant la drapabilité - et ce changement vaut généralement plus qu'un petit changement dans la qualité des fibres.

Questions fréquemment posées