Laine de verre

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Le laine de verre est un matériau fait de fibres de verre extrêmement fines. Il est utilisé comme agent renforçant dans de nombreux produits plastiques ; le matériau composite résultant, connu sous le nom de glass-reinforced plastic (GRP) ou fibre de verre renforcée époxy (GRE), est appelé « laine de verre » dans le langage populaire.

À travers l'histoire, les fabricants de verre ont expérimenté les fibres de verre, mais la fabrication de laine de verre en masse n'a été possible qu'avec les nouvelles machines-outils. En 1893, Edward Drummond Libbey présenta un vêtement à la World Columbian Exposition incorporant des fibres de verre ayant le diamètre et la texture de fibres de soie. Ce qui est aujourd'hui connu sous le nom de laine de verre a été inventé, en 1938, par Russell Games Slayter, d'Owens-Corning, comme matériau pouvant être utilisé dans l'isolation.

[modifier] Fabrication

La laine de verre est fabriquée à partir de silice et est extrudée en de nombreuses fibres de fin diamètre utilisables dans la production textile. Le verre se différencie des autres polymères dans le sens où, même à l'état de fibre, il n'a que peu de structure cristalline (voir solide amorphe). Les propriétés de la structure du verre à son état simple sont très semblables à ses propriétés à l'état de fibre.

Une définition du verre est « une substance inorganique dans des conditions continues et analogues à l'état liquide d'une substance, mais qui, à l'issue d'un changement réversible dans sa viscosité pendant le refroidissement, a atteint un si haut degré de viscosité qu'il peut être considéré en pratique comme rigide. » (Loewenstein, 4)

La technique de chauffer et filer le verre en de fines fibres a été connue depuis des milliers d'année ; cependant, le concept consistant à utiliser ces fibres dans des applications textiles est plus récent.

La première production commerciale de fibres de verre date de 1936. En 1938, la Owens-Illinois Glass Company et la Corning Glass Works se sont associées pour créer la Owens-Corning Fiberglas Corporation. Jusqu'à cette époque, toutes les fibres de verre avaient été destinées à la fabrication d'agrafes. Lorsque les deux entreprises se sont unies pour produire et promouvoir la fibre de verre, elles ont introduit le filament continu de fibre de verre (Loewenstein, 2). Owens-Corning est toujours le principal fabricant de fibre de verre aujourd'hui.

[modifier] Chimie

Les bases des fibres de verre pour le textile sont la silice, SiO₂. Dans sa forme pure, elle existe en tant que polymère, (SiO₂)_n. Il n'a pas de véritable point de fusion mais s'amollit au-delà de 2000 °C, température à laquelle il commence à se dégrader. À 1713 °C, la plupart des molécules peuvent se mouvoir librement. Si le verre est alors refroidi rapidement, elles seront incapables de former une structure ordonnée (Gupta, 544). Dans le polymère se forment des groupes SiO₄ 4- qui s'arrangent en tétrahèdre avec l'atome de silice au centre, et les quatre atomes d'oxygène aux coins. Ces atomes forment alors un réseau cohérent aux coins, par le partage des atomes d'oxygène.

Les états vitreux et cristallin de la silice (verre et quartz) ont des niveaux d'énergie similaire sur une base moléculaire, ce qui implique que la forme verreuse est aussi extrêmement stable. Dans le but d'induire la cristallisation, il doit être chauffé à des températures supérieures à 1200 °C pendant de longues durées (Loewenstein, 6).

Bien que la silice pure soit un verre parfaictement viable, il faut le travailler à de très hautes températures, ce qui est un inconvénient à moins que des propriétés spécifiques ne soient nécessaires. Il est habituel d'introduire des impuretés (d'autres matériaux) dans le verre afin d'abaisser sa température de travail.

[modifier] Propriétés

Les fibres de verres sont utiles en raison de leur fort rapport surface/poids. Cependant, l'ampleur de la surface les rend beaucoup plus vulnérables à des attaques chimiques.

Les résistances du verre sont habituellement testées et considérées comme des fibres « vierges » qui ont juste été fabriquées. Les fibres les plus fraîches et les plus fines sont les plus résistantes et l'on pense que c'est dû au fait qu'il est plus facile aux fibres les plus fines d'être flexibles.

Contrairement aux fibres de carbone, le verre peut supporter plus d'élongation avant de rompre (Gupta, 546).

La viscosité du verre fondu est très importante. Durant le filage, la viscosité est relativement faible. Si elle est trop élevée, la fibre casse durant son filage. Si elle est trop faible, le verre formera des grumeaux et ne filera pas correctement.

[modifier] Processus de fabrication

L'utilisation finale des fibres de verre normales sont les matériaux d'isolation, de renforcement, de résistance à la chaleur, et résistance à la corrosion.

[modifier] voir aussi

• Fibre optique
• microsphère de verre
• Fibre de carbone
• Fibre de basalt
• Fiberglass Molding

[modifier] Bibliographie

• Gupta, V.B. and V.K. Kothari; Manufactured Fibre Technology. Chapman and Hall. London. 1997.
• Loewenstein, K.L.; The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibers. Elsevier Scientific. New York. 1973.
• Lubin, George; Handbook of Fiberglass and Advanced Plastic Composites. Robert E. Krieger. Huntingdon NY. 1975.
• Mohr, J. G. and W. P. Rowe; Fiberglass. Van Nostrand Reindhold. Atlanta. 1978.
• Volf, Milos B.; Technical Approach to Glass. Elsevier. New York. 1990.