Enroulement filamentaire
Une fibre imprégnée de résine enroulée sur un mandrin en rotation
L'enroulement filamentaire enroule de la fibre imprégnée de résine autour d'un noyau en rotation appelé mandrin, couche après couche, comme du fil sur une bobine. Un chariot mobile guide la fibre pour qu'elle se pose à un angle exact. Les tuyaux, les bouteilles de gaz, les réservoirs d'hydrogène et les enveloppes de moteurs de fusées sont faits ainsi.
Comment ça marche
Alimenter la fibre. Des mèches (faisceaux non torsadés de fibre continue) se déroulent de bobines et passent dans des tendeurs, qui les gardent tendues de façon régulière.
L'imprégner de résine. La fibre passe sur un tambour qui tourne dans un bain de résine. Sinon, du towpreg (fibre déjà imprégnée de résine, comme un fin ruban de préimprégné) est enroulé à sec.
La guider sur le mandrin en rotation. Un chariot avec un œil de distribution (le guide d'où sort la fibre) va et vient pendant que le mandrin tourne. Un ordinateur relie les deux mouvements.
Construire les couches. La vitesse du chariot par rapport à la rotation fixe l'angle de la fibre : près de 90° pour les couches circonférentielles, un angle fixé pour les couches hélicoïdales, près de 0° pour les couches polaires sur les fonds. Les couches sont empilées jusqu'à ce que la paroi soit assez épaisse.
Cuire, puis retirer le mandrin. La pièce cuit (la résine durcit), souvent dans un four pendant qu'elle tourne encore. Le mandrin est ensuite retiré, ou il reste à l'intérieur comme liner, comme dans la plupart des réservoirs sous pression.
Chiffres clés
- Matériaux
- Fibre de verre (la plus courante), de carbone ou d'aramide (une fibre synthétique résistante) ; résine époxy, polyester ou vinylester
- Pièces typiques
- Tuyaux, appareils à pression, réservoirs de gaz et d'hydrogène, arbres de transmission, mâts, enveloppes de moteurs de fusées
- Taille de pièce
- De tubes de quelques centimètres de large à des réservoirs et des tuyaux de plusieurs mètres de diamètre
- Précision
- Surface intérieure aussi précise que le mandrin ; angle de fibre et épaisseur de paroi contrôlés couche par couche
- État de surface
- Intérieur lisse ; extérieur strié par les bandes de fibre, sauf s'il est poncé, enveloppé ou revêtu
- Taille de série adaptée
- De grands réservoirs uniques à des dizaines de milliers de bouteilles par an sur des machines multibroches
- Coût d'outillage et de machine
- Mandrins de centaines à centaines de milliers de dollars ; machines de dizaines de milliers à des millions
- Vitesse
- Quelques minutes pour un petit tube ; des heures pour un grand réservoir, plus le temps de cuisson
Atouts et limites
Atouts
- Les fibres restent continues et sont placées à des angles exacts : très haute résistance pour le poids
- Idéal pour les pièces soumises à une pression interne, comme les réservoirs et les tuyaux
- Très automatisé et répétable
- Peu de perte de matière
Limites
- Uniquement des formes qui peuvent tourner : tubes, cylindres, dômes et corps presque ronds
- Les formes concaves sont difficiles, car la fibre pontent au-dessus des creux
- La surface extérieure est rugueuse si elle n'est pas finie
- Le mandrin doit sortir, sauf s'il reste comme liner
Où on l'utilise
- Énergie et gazRéservoirs d'hydrogène et de gaz naturel pour véhicules, bouteilles de GPL
- Chimie et eauTuyaux et réservoirs de stockage résistant à la corrosion
- Aéronautique et défenseEnveloppes de moteurs de fusées, tubes de lancement, bouteilles sous pression
- Automobile et industrieArbres de transmission en carbone, rouleaux, vérins hydrauliques
- Sports et loisirsManches de clubs de golf, pièces de vélo, bouteilles de plongée et de paintball
Comment le reconnaître
- Un motif en losanges croisés de bandes de fibre à l'extérieur, parfois visible sous une résine transparente.
- Des formes rondes ou en capsule avec des fonds bombés et une petite ouverture à un ou aux deux pôles.
- Une surface intérieure lisse et exacte et un extérieur légèrement strié.
À comparer avec
À regarder
Rock West Composites · Comment la fibre est imprégnée et enroulée sur un mandrin qui tourne
Vashishtha Research · Enroulement humide à côté d'un enroulement à sec sur une petite machine
Composites Central · Un grand réservoir en fibre de verre enroulé dans une usine
MIKROSAM · Une ligne automatisée qui enroule et cuit des réservoirs de gaz
Voir de vraies photos
- Wikipédia : Enroulement filamentaire — le procédé, les modes d'enroulement et les produits
- Recherche de photos sur Wikimedia Commons
À retenir
- Une fibre imprégnée de résine est enroulée autour d'un mandrin en rotation par un chariot mobile.
- Le rapport entre la vitesse du chariot et la rotation fixe l'angle de la fibre.
- C'est le procédé de référence pour les tuyaux et réservoirs sous pression solides et légers.
Plus dans Composites
Les 100 procédés
10.1Drapage et cuisson en autoclaveDes plis de préimprégné empilés sur un moule, mis sous bâche à vide et cuits sous chaleur et pressionOuvrir la leçon
10.2Moulage par transfert de résine et infusionFibres sèches dans un moule ; résine liquide poussée (RTM) ou aspirée par le vide (infusion)Ouvrir la leçon
10.3PultrusionDes fibres tirées à travers de la résine et une filière chauffée, sans arrêtOuvrir la leçonEssayez
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