5.10: Essai de traction sur des matériaux renforcés par des fibres

1. Prendre des précautions de sécurité appropriées et de porter une protection oculaire, car l’échec explosif typique de ces spécimens envoie de nombreux tessons de petits, pointus battant.
2. Obtenir quatre spécimens FRP. Deux seront d’une plaque de verre E FRP unidirectionnelle 0,5 pouce coupée en 1 "x 8" spécimens, un long de la direction des fibres et perpendiculaire aux fibres. Les spécimens de troisième sera un carbone de 0,25 pouce d’armature PRF, et le quatrième sera un rebar FRP E-verre 0.25. Les spécimens de barres d’armature doivent être d’environ 24 pouces de long.
3. Fixez titulaires pour l’instrument en incorporant des extrémités des spécimens de 12 po en un peu plus ronde en acier et sections rectangulaires et remplissage les espaces vides avec de l’époxy de haute résistance. Laissez le traitement époxy selon les spécifications du fabricant. Ce type de connexion de fin est nécessaire car les dentelures des poignées de UTM conventionnelles détruira la résine et conduire à des échecs de fin prématurée.
4. Procéder de la même manière que les autres tests de tension en tournant sur l’UTM et initialisation de son logiciel.
5. Insérez les spécimens dans les poignées et les serrer.
6. Charger les spécimens dans contrôle de déviation à un taux d’environ 0,2 pouces par minute.
7. Si un extensomètre est utilisé pour mesurer le module de Young, veillez à démonter il à une souche de 0,01.
8. Comme l’échantillon commence à faiblir, surgissent des sons et des petits éclats commencera à tomber le spécimen, suivi d’un échec d’explosif du matériau, qui se sépare en une structure fibreuse de la fleur.

Les matériaux polymères renforcés de fibres, FRP, sont des matériaux composites qui sont formés en intégrant des fibres dans une résine polymère, créant une matrice très forte dans la direction des fibres.

Dans leur forme la plus simple, les fibres des matériaux FRP sont alignées de manière ordonnée dans une direction et enfermées dans de la résine, ce qui entraîne un comportement orthotrope du matériau. Les propriétés mécaniques de ces matériaux sont très différentes dans la direction des fibres par rapport aux deux autres directions principales.

Un matériau FPR est très fort dans la direction des fibres en raison de la haute résistance de la fibre, se comportant de manière élastique jusqu’à ce que les fibres se rompent et que le matériau se rompe de manière explosive. Le matériau est cependant très faible dans la direction perpendiculaire en raison de la résistance beaucoup plus faible de la résine.

Dans cette vidéo, le comportement à la traction d’une éprouvette unidirectionnelle sera étudié, en mettant l’accent sur sa résistance ultime et sa capacité de déformation.

La résistance des matériaux FRP est directement liée à la résistance des fibres individuelles. Au fur et à mesure que le pourcentage de fibres dans un matériau augmente, la résistance du matériau augmente. Les matériaux typiques ont environ 50 % de fibres en volume.

La résistance unidirectionnelle du FRP est souvent utilisée dans les barres d’armature ou les barres d’armature, mais peut être réalisée dans plus d’une direction du matériau en contrôlant la direction des fibres.

Les fibres peuvent être placées dans des directions aléatoires, ou des plis simples de couches uniaxiales peuvent être placés dans des directions alternées, ce qui donne deux directions fortes et une direction faible. La fibre et la résine utilisées pour fabriquer un PRF doivent être choisies pour être compatibles entre elles et répondre aux exigences de l’application.

La classe de la fibre utilisée, généralement le verre, l’aramide ou le carbone, affecte les propriétés et le coût du produit final. En général, les fibres ont une très faible capacité de déformation, ce qui entraîne des défaillances soudaines sans aucun signe de ductilité.

La résine primaire agit pour transférer les contraintes et protéger les fibres des dommages mécaniques et environnementaux. Pendant la fabrication, une pression est appliquée pour extraire autant de résine que possible afin d’augmenter la résistance du matériau. Il est important de noter que les propriétés individuelles des fibres ne sont pas les propriétés du composite. Au lieu de cela, selon la règle des mélanges, les propriétés du composite sont le résultat du poids et de la moyenne des parties constitutives.

Dans la section suivante, nous allons effectuer des tests de tension simples sur une machine d’essai universelle pour comparer le comportement contrainte/déformation du verre et du FRP de carbone, tout en prenant soin de bien préparer les échantillons pour obtenir des résultats valides.

Obtenez quatre échantillons de PRF. Deux d’entre eux proviendront d’une plaque unidirectionnelle en verre E de 0,5 pouce découpée en échantillons d’un pouce sur huit : l’un le long de la direction des fibres et l’autre perpendiculairement aux fibres. Le troisième spécimen sera une barre d’armature en FRP en carbone de 0,25 pouce, et le quatrième sera une barre d’armature en FRP en verre de 0,25. Les échantillons de barres d’armature doivent mesurer environ 24 pouces de long.

Préparez les échantillons de barres d’armature FRP à l’avance en incrustant 12 pouces des extrémités dans des sections rondes et rectangulaires en acier légèrement plus grandes et en remplissant les espaces vides avec de l’époxy à haute résistance. Prévoyez plusieurs jours pour le durcissement, selon les spécifications époxy.

Ce type de connexion d’extrémité est nécessaire car les dentelures des mâchoires UTM conventionnelles détruiront la résine et entraîneront des défaillances d’extrémité prématurées. Procédez de la même manière que pour les autres tests de tension, en allumant l’UTM et en initialisant son logiciel. Ensuite, insérez un échantillon dans les poignées et verrouillez-le en place.

Chargez l’échantillon en contrôle de déplacement à une vitesse d’environ 0,2 pouce par minute. Lorsque l’échantillon commence à se détériorer, des bruits de claquement se feront entendre et de petits éclats commenceront à tomber de l’échantillon. Suivi d’une défaillance explosive du matériau, qui se sépare en une structure fibreuse ressemblant à une fleur.

Voici la courbe de contrainte/déformation pour l’échantillon de plaque FRP en verre E chargé dans la direction des fibres. À partir de ce graphique, nous pouvons déterminer la force maximale, la résistance à la traction et la déformation et calculer le module d’élasticité. Ces résultats sont raisonnables pour un matériau spécifié à 50 % du volume de fibre de verre E, montrant essentiellement un comportement de doublure.

Ce graphique montre le même matériau chargé perpendiculairement à la direction des fibres. Nous pouvons voir une diminution de la force maximale, de la résistance à la traction, de la déformation et du module d’élasticité. Notez qu’une partie importante de la résistance mesurée dans cet échantillon particulier provient des fibres des couches protectrices extérieures, dans lesquelles les fibres sont orientées de manière aléatoire. La très grande différence entre les deux directions souligne la personnalisation des propriétés du matériau. Dans ce cas, nous avons un matériau qui est fort dans un sens et faible dans l’autre.

Les surfaces de défaillance en témoignent, celle des fibres alignées longitudinalement montrant de nombreuses fibres brisées, et celle avec les fibres alignées perpendiculairement montrant la surface typique d’une défaillance de résine à une interface. En comparant le comportement des barres d’armature FRP, il existe une différence très significative de résistance et de module d’élasticité. Les deux matériaux tombent en panne immédiatement après avoir porté leur charge maximale.

La différence entre la barre en FRP en carbone résistant et la barre en verre E, plus douce, mais beaucoup plus ductile, est évidente dans ce graphique linéarisé. Cependant, il y a peu de ductilité, car ils tombent en panne à une fraction de la déformation des métaux tels que l’acier a36.

Les matériaux FRP sont utilisés dans une myriade d’applications de génie civil, y compris les applications de construction et de réparation originales. Examinons quelques utilisations courantes des PRF.

Les feuilles, les stratifiés et les barres en PRF peuvent être imprégnés de résine et prédurcis pour une utilisation sur le terrain. Les barres et les plaques en PRF sont légères et résistantes à la corrosion, de sorte qu’elles trouvent des applications dans les tabliers de pont et les garages de stationnement, où le dégivrage entraîne une détérioration rapide des barres conventionnelles.

De nombreuses applications marines utilisent également des matériaux FRP pour leur résistance à la corrosion et au sel. Le PRF est largement utilisé dans l’industrie nautique, ainsi que pour les structures navales et les pipelines.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux essais de tension des matériaux polymères renforcés de fibres, ou FRP. Vous devez maintenant comprendre les composants des PRF et les tests de laboratoire standard pour déterminer leur résistance.

Merci d’avoir regardé !