VERRE
Verres spéciaux
Les fibres
Malgré la facilité d'obtention d'un fil de verre par étirage, la fabrication de la fibre de verre est la seule qui n'ait pas d'origines artisanales. La raison en est claire, si l'on sait qu'en transformant 1 kilogramme de verre en fibre de 1 micromètre (1 μm) de diamètre en vingt-quatre heures, on obtient plus de 4 000 kilomètres de fil et qu'il faut donc étirer le verre à la vitesse de 180 kilomètres par heure.
Trois principes permettent de réaliser de telles vitesses. Les procédés modernes les combinent souvent. On part d'une masse visqueuse de verre très pur et on l'étire à partir de points d'étirage qui sont des orifices ou des bouts de baguettes chauffés :
– par étirage mécanique, avec enroulement sur roue de bicyclette, sur tambour ou sur bobinoir ;
– par étirage centrifuge, qui fait penser à la « barbe à papa » des foires ;
– par action d'un fluide à grande vitesse qui étire le verre par frottement.
Les procédés par étirage au tambour à partir de filières (brevet Gossler) ou de baguettes (procédé Schuller) donnent des fibres de diamètre compris entre 10 et 25 micromètres. Les progrès technologiques, essentiellement américains, ont permis de descendre à 3 micromètres. Le four en platine chauffé électriquement possède un fond percé de plusieurs centaines de trous. Les fibres qui en sortent sont réunies et enroulées sur un tambour tournant à plusieurs milliers de tours par minute. Chaque filière fournit ainsi plusieurs centaines de kilogrammes de fibre par jour. Au moment de l'association des filaments individuels, on projette un apprêt, un ensimage, dont la nature varie suivant l'usage auquel est destiné le fil.
L'étirage centrifuge est obtenu par exemple par la chute d'un filet de verre fondu sur la périphérie d'un disque tournant à grande vitesse (4 000 tr/min). Plus facile à contrôler est le procédé de Saint-Gobain (1942) utilisant une coupe creuse percée de trous à sa périphérie, alimentée en verre fondu et tournant à grande vitesse.
L'étirage par fluides – un jet de vapeur ou de flamme parallèle ou non à la direction d'écoulement des fibres de verre – est remarquablement efficace. C'est un procédé industriel auquel on ne trouve nul précédent dans des techniques artisanales. Des productions considérables, mais fournissant des fibres irrégulières, sont obtenues dans des conditions telles que la fibre initiale éclate littéralement. Le débit diminue fortement si le réglage est destiné à l'obtention de fibres longues, fines et homogènes. Le procédé mis au point par Owens-Illinois en 1933 a fait l'objet de nombreuses variantes afin de satisfaire aux exigences de l'aviation (réduction de poids et isolation poussée).
Un procédé mixte, celui de Saint-Gobain, s'est développé, depuis 1954, dans le monde entier. On combine avec le procédé centrifuge, déjà décrit, un système d'étirage par flamme : le bol percé de plusieurs milliers de trous, placé dans la centrifugeuse, tourne à plus de 3 000 tours par minute et les fibres qui s'en échappent sont soumises au jet de gaz chaud, à grande vitesse, qui enveloppe le bol, perpendiculairement au plan de centrifugation. On peut régler le diamètre des fibres entre 1 et 15 micromètres.
Traitements spéciaux
La trempe se pratique par réchauffage, à 700 0C environ, de l'objet terminé, puis par refroidissement brutal qui fige les couches superficielles ; celles-ci se mettront en compression quand le cœur se rétractera à son tour au cours de son refroidissement plus lent. Cette précontrainte permet de soumettre l'objet, sans dommage, à des efforts d'extension locaux qui briseraient un verre normal. De plus, si l'on va jusqu'à la rupture, celle-ci se traduit par une casse en très petits morceaux à arêtes émoussées.[...]
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Écrit par
- Pierre PIGANIOL : conseil en politique scientifique
- Micheline PROD'HOMME : docteur ès sciences, chargée de recherche au C.N.R.S.
- Aniuta WINTER : directeur de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
Composition massique
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