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Parmi les nombreux composites flexibles légers et à haute résistance en PRF à base plastique développés ces dernières années, la résistance thermique limitée reste un obstacle empêchant une utilisation à des températures plus élevées. L'amélioration de la résistance thermique nécessite l'optimisation des matériaux, le contrôle des procédés et des mesures pratiques. Les sections suivantes présentent des mesures efficaces et simples pour développer des PRF à base plastique avec une meilleure résistance thermique.
L'amélioration de la résistance à la chaleur commence par le choix des composants en plastique renforcé de fibres (FRP) résistants à la chaleur. La première étape de cette amélioration consiste à sélectionner des combinaisons de résines possédant une stabilité thermique intrinsèque. Par exemple, la tolérance thermique des résines époxy phénoliques modifiées résistant à la chaleur et des résines polyimides est supérieure à celle des résines époxy standard formulées. Pour des applications prolongées à haute température, ces résines sont également excellentes. Elles préservent leur intégrité structurelle, résistent à la dégradation thermique et minimisent le mouvement des chaînes moléculaires de la résine sous l'effet de la chaleur, ce qui améliore le déplacement thermique. Le choix des résines est crucial pour répondre aux exigences de température prévues dans l'utilisation finale, afin de garantir que le matériau FRP à base de plastique fonctionne correctement dans les applications souhaitées.
Le choix des fibres est très important pour obtenir l'amélioration souhaitée de la résistance thermique des composites en PRF résistants à la chaleur. Les fibres de verre conviennent à la plupart des usages. Toutefois, pour une amélioration significative de la stabilité thermique, il est utile d'utiliser des composites en fibres de verre à hautes performances. Parmi tous les composites en fibres de verre, les composites hybrides verre-carbone sont les plus couramment utilisés. Les fibres d'aramide sont employées dans la gamme supérieure. De manière plus optimale, la température de transition vitreuse du composite est considérablement augmentée grâce à la présence d'aramide. Cependant, l'impact du point de fusion, de la dilatation à basse température et de la rétention de la résistance du composite à haute température met principalement l'accent sur la conservation de la résistance du composite aux températures élevées. Les performances du composite contribuent également à une construction robuste, offrant une stabilité garantissant une résistance à la déformation thermique et une structure solide.
L'utilisation d'additifs spécifiques est une excellente méthode pour améliorer la résistance à la chaleur des matériaux composites à base de plastique sans modifier considérablement la composition. Les stabilisants thermiques, tels que les phénols encombrés et les phosphites, empêchent l'oxydation thermique de la matrice de résine. Les additifs ignifuges améliorent la résistance au feu et renforcent ainsi la stabilité thermique globale. Les nanoparticules de silice et les nanotubes de carbone sont des exemples de charges nano qui peuvent être ajoutées à la résine afin de réduire la transmission de la chaleur. Ces additifs ralentissent considérablement la dégradation thermique et préservent les propriétés mécaniques à des températures élevées. La perte de masse est également atténuée. Un mauvais dosage des additifs peut toutefois compromettre les performances du matériau.
La manière dont sont réalisés les procédés de fabrication nécessite une attention particulière quant à la résistance thermique du produit FRP final. Un durcissement approprié est essentiel, car un sur-durcissement ou un sous-durcissement pourrait créer des défauts internes nuisant aux performances thermiques du produit. Le contrôle de la température et de la durée du durcissement permet à la résine de former une structure réticulée dense, offrant ainsi une résistance maximale à la chaleur. En complément du processus de durcissement, le procédé de moulage joue également un rôle important : le moulage par compression et la pultrusion permettent de produire des composites avec une distribution uniforme des fibres et un nombre minimal de vides, ce qui améliore la stabilité thermique. Enfin, la résistance à haute température du matériau est accrue par des traitements de post-durcissement qui achèvent la réaction de réticulation et éliminent les contraintes résiduelles.
Grâce à une modification de surface, une autre couche de protection thermique est obtenue. Appliquer sur une surface en matériau composite (FRP) une couche résistante à la chaleur fournit une barrière qui réfléchit ou dissipe la chaleur. Les revêtements à base de céramique et de silicone sont largement utilisés pour leurs propriétés diélectriques d'isolation thermique. D'autres traitements de surface, tels que la gravure au plasma, améliorent également l'adhérence du revêtement au substrat FRP, garantissant ainsi une durabilité de l'adhérence. Ces modifications empêchent la chaleur de pénétrer dans le composite, réduisant les contraintes thermiques internes et la dégradation de la matrice résineuse.
La résistance à la chaleur peut être une fonction des propriétés du matériau, mais elle peut également dépendre de l'adaptation à l'environnement spécifique dans lequel le matériau est utilisé. Connaître la plage de température, la durée d'exposition et l'agressivité des matériaux en présence, ou une combinaison de ces facteurs, permettra de déterminer les performances du matériau résistant à la chaleur dans cet environnement. Comme dans le cas du PRF utilisé dans des applications automobiles sous le capot exposées à des températures élevées et à des conditions corrosives. Une fois conçu, l'élément en PRF peut être réalisé pour supporter des cycles thermiques, car les conceptions structurelle et en épaisseur peuvent être adaptées en conséquence. La détection précoce des signes de dégradation thermique peut être effectuée lors d'entretiens et d'inspections réguliers afin d'allonger la durée de service du PRF résistant à la chaleur.
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