Brevet FR2498590A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne d'une manière générale des articles renforcés appelés produits compo- sites renforcés par des fibres, et en particulier des produits composites comprenant une matrice renforcée par des macrofilaments précontraints de verre ou de vitro- céramique. L'utilisation de matières de renforcement filamen- taires résistantes pour améliorer les rapports résistance mécanique/masse volumique de matrices organiques et inorganiques est bien connue. Des produits renforcés de ce type, appelés dans la technique 'produits composites renforcés par des fibres", comprennent typiquement une matrice de matière plastique, métallique ou céramique dans laquelle on a incorporé une multiplicité de fibres ou filaments métalliques ou céramiques, de type amorphe, polycristallin ou monocristallin. Un exemple courant d'un tel produit est un produit composite matière plas- tique renforcée comprenant une matrice de résine plas- tique thermodurcissable durcie contenant une proportion importante en volume de fibres de verre ou de matière céramique comme phase renforçante. Quand des filaments de verre et de matière céra- mique ont été utilisés dans de tels produits composites, les diamètres des filaments ont eu tendance à rester petits, typiquement dans l'intervalle de 1 à 50frm. Dans le 'Glass Engineering Handbook", E.B. Shand, pages 431-432, deuxième édition (McGraw-Hill, New York 1958), J.A. Grant a indiqué qu'un renforcement de verre fibreux est constitué de manière classique de filaments d'environ 5-20/'-X de diamètre, de préférence de 10-15,4m de diamètre. Le brevet des E.U.A. No 3 788 935, un brevet suggérant l'utilisation d'une combinaison de filaments gros et fins, utilise des fibres interstitielles fines de 1-3/ 'm de diamètre et des gros filaments de 10-100bf-m de diamètre. Le brevet des E.U.A. NI 4 140 533 suggère l'utilisation de fibres de verre résistant aux alcalis de 5-50/-T m de diamètre comme moyen de renforcement pour des produits à base de ciment. Le brevet des E.U.A. No 3 732 180 décrit l'utilisation de paillettes, particules ou feuilles de verre souple de bien plus grandesdimensions à des fins de renforcement. Le verre utilisé est très souple et peut Otre transformé en fibres après le mélange avec la matière plastique par extrusion ou par une autre opération de formage de la masse verre-matière plasti- que. Là encore, toutefois, les fibres résultantes sont de petit diamètre, par exemple d'environ 0,1-100/ m. Des progrès récents dans le domaine des produits composites renforcés par des fibres de verre ont fait intervenir non seulement des techniques améliorées pour la production d'articles composites résistants, exempts de défauts, mais aussi des procédés pour évaluer ces produits composites d'une manière donnant de meilleurs résultats en ce qui concerne la résistance mécanique et la résistance à la fatigue. Dans une thèse récente de doctorat américain intitulée "Fatigue Performance Characteristics and Fatigue Life Limitations of Fiber Glass Compositest (août 1978, Case Western Reserve University), pages 77-82, H.C. Xia a présenté certaines conclusions importantes concernant la nature des mécanismes limitant la durée de vie de tels produits composites dans des conditions de charges cycliques pro- longées. Une découverte importante a été que, dans des produits composites correctement préparés, bien liés, la résistance mécanique et l'intégrité de surface des fibres étaient des facteurs dominants dans la défaillance des produits composites due à la fatigue sous certains modes de contrainte. En particulier, en cas de contraintes cycliques de flexion ou d'une autre tension exercée axialement par rapport aux fibres renforçantes, on a trouvé qu'une défaillance des fibres était le premier évènement observé conduisant à la défaillance du produit composite. La présente invention résulte dans une large mesure d'une prise en considération du fait que la défaillance das fibres de verre résulte normalement de défauts de surface sur les fibres qui sont produits inévitablement sur elles soit au cours de la manipula- tion avant la fabrication du produit composite, soit par attaque chimique ou abrasion mécanique durant la vie utile du produit composite. On pense que les résistances mécaniques moyennes normalement plus élevées des fibres de verre de petit diamètre, qui ont favorisé leur utilisation dans des produits composites renfor- cés par fibres, résultent d'une aire superficielle plus petite par fibre quand on les compare à de plus gros filaments de verre, des baguettes ou d'autres éléments ayant une plus grande surface exposée. Ainsi, de fines fibres de verre peuvent présenter, quand elles n'ont pas subi d'abrasion, des modules de rupture en moyenne très supérieurs à 700 MPa à l'état brut de fabrication, valeur très supérieure à celle observée pour des baguettes de verre de plus grand diamètre, produites de manière classique. Malheureusement, toute- fois, la production de défauts de surface dans les fibres de verre peut réduire sévèrement ces modules de rupture à des valeurs de moins de700 MPa, réduisant de manière correspondante la résistance mécanique des produits composites dans lesquels la fibre de verre est incorporée et limitant le domaine des applications pour ces produits composites. La présente invention utilise le verre comme matière de renforcement sous la forme de macrofilaments (filaments de grand diamètre) précontraints de verre ou de vitrocéramique, de baguettes de verre ou d'autres éléments en verre ayant un rapport d'aspect élevé afin de former des produits composites avec des matières plastiques ou d'autres matières jouant le rôle de matrice telles que des ciments, la vollastonite, le gypse, etc.. Les éléments de renforcement en verre ou en vitrocéramique sont précontraints en ce qu'ils sont pourvus de fortes contraintes de compression en sur- face, de manière qu'ils présentent des modules de rupture de 700 MPa ou plus mage après abrasion en surface. L'idée fondamentale qui est à la base de la présente invention est que la forte compression en surface permettra que des défauts produits mécaniquement ou chimiquement existent sur les surfaces des éléments de renforcement sans se propager à travers les couches de compression. Il y a plusieurs avantages résultant de l'uti- lisation de macrofilaments ou de baguettes de verre précontraints comme moyens de renforcement dans des matières connues servant de matrice. Tout d'abord, la perte de résistance mécanique dans les éléments de renforcement par manipulation et abrasion est évitée en raison de la couche superficielle en compression, prolongeant notablement la durée de vie du produit composite. En deuxième lieu, la couche superficielle en compression sur l'élément peut ttre rendue suffi- samment épaisse pour assurer une protection complète de la zone interne (Ire) en tension de l'élément contre des interactions chimiques avec la matrice, facteur qui peut Otre critique dans des applications telles que le renforcement de ciment o des réactions avec la matrice sont prévisibles. Evidemment, l'utilisation d'éléments de renfor- cement relativement gros évite aussi certains des problèmes de fabrication rencontrés dans la fabrication de produits composites à partir de fibres de verre, et spécialement facilite la construction de produits dans lesquels la phase renforçante est orientée ou alignée de manière préférentielle. Cela rend possible la fabrication de structures composites relativement massives, supportant des charges, comme des poutres, des cAbles ou des colonnes, qui ne pourraient prati- quement pas 8tre produites avec un renforcement de fibres de verre classiques. Enfin, on s'attend à ce que l'utilisation d'élé- ments de renforcement en verre relativement gros fournisse des avantages économiques importants. L'addition à une matrice composite d'un seul macrofilament de 0,635 mm est l'équivalent en section de l'utilisation de 6000 filaments de renforcement classiques de 8 /A.m, et les filaments plus gros seraient plus économiques à produire, à poids égal. Bien que les éléments de renforcement en verre ou en vitrocéramique utilisés selon la présente inven- tion soient typiquement présents sous la forme de baguettes ou de macrofilamuents précontraints (filaments ayant un diamètre de 0,25 mm ou plus), d'autres éléments précontraints tels que des baguettes plates, des rubans ou même des éléments tubulaires (creux) pourraient aussi être utilisés. Pour Stre utilisables pour la production d'articles composites renforcés, il est nécessaire seulement que les éléments précontraints aient un rapport d'aspect relativement élevé et un module de rupture après abrasion d'au moins environ 700 KPa. Typiquement, les éléments de renforcement précontraints auront une épaisseur dans la plus petite dimension (épaissieur minimale) comprise entre 0,25 et 25,4 ma et auront un rapport d'aspect ou un rapport de la lon- gueur à l'épaisseur minimale d'au moins 10:1, de pré- férence d'au moins 100:1. La figure est un diagramme sous la forme d'un graphique représentant l'effet de flexions répétées sur la rigidité d'articles composites verrematière plastique réalisés selon l'invention et selon la technique antérieure. La composition du verre ou de la vitrocéramique à utiliser dans la fabrication d'éléments de renfor- cement précontraints pour des articles composites renforcés n'est normalement pas un facteur ayant une influence sur sa convenance pour une telle utilisation, sauf peut-être dans des cas o des matières de matrice chimiquement hostiles telles qu'un ciment alcalin et des compositions de béton doivent 9tre renforcées. Toutefois, la composition est un facteur dont on doit tenir compte dans la détermination de la technique a utiliser pour précontraindre les éléments en verre ou en vitrocéramique avant leur incorporation dans l'article composite. Un certain nombre de techniques différentes pour impartir une forte contrainte de compression en surface à des verres et vitrocéramiques sont connues dans la technique de la céramique. Parmi elles, on peut mentionner la trempe par échange d'ions oudite chimique, la trempe thermique comme par refroidissement rapide, la stratification ou l'application d'une couche superficielle discrète de verre à un élément de support en verre de composition différente, et la cristallisation différentielle qui comporte le développement d'une couche superficielle semi-cristal- line sur un élément en verre ou en vitrocéramique par un traitement thermique contr8lé. La technique de trempe chimique comporte le développement de contraintes de compression dans un élément en verre ou en vitrocéramique par bourrage ionique ou par des réactions d'échange d'ions en surface causant des modifications de composition qui entratnent directement une forte compression en surface ou sont cause d'une compression en surface induite thermiquement quand l'élément est refroidi après le traitement de trempe. Dans le procédé par bourrage, décrit par exemple dans les brevets des E.U.A. NI 3 790 430 et 4 074 992, le remplacement d'un ion relativement petit dans la structure de la surface du verre ou du verre céramique par un ion bien plus gros, en utilisant une réaction d'échange d'ions à des températures suffisamment basses pour que la surface du verre ou du vitrocéramique ne puisse pas fluer pour relftcher la contrainte causée par l'introduc- tion de l'ion plus gros, peut développer de très fortes contraintes de compression dans la surface de l'article traité. Dans la trempe chimique par des changements dans la composition en surface, le but de la réaction d'échange d'ions est de modifier la composition de la couche superficielle de l'article de manière qu'une contrainte de compression s'y développe soit directe- ment soit par traitement ultérieur, par exemple par cristallisation et/ou par refroidissement. Les brevets des E.U.A. NI 2 779 136 et 3 573 072 décrivent des mécanismes de renforcement de ce type. L'utilisation d'une technique de stratification pour produire des verres ou vitrocéramiques renforcés ayant des contraintes de compression en surface est connue aussi. Le brevet des E.U.A. NI 2 313 296 décrit la production de fibres de verre stratifiées renforcées par une différence de dilatation thermique entre l'fAe et la couche superficielle de verre, tandis que le brevet canadien NO 846 721 décrit des fibres dans lesquelles le renforcement résulte d'une contraction de l'âfme due à une cristallisation de l'Ème. Bien que n'importe lesquelles des méthodes de renforcement comportant le développement d'une compres- sion en surface puissent théoriquement Otre utilisées pour former des éléments de renforcement en verre ou en vitrocéramique précontraints, les méthodes de renforce- ment préférées sont des techniques d'échange d'ions du type produisant directement des contraintes. Des exemples en sont donnés pour les verres par le brevet des E.U.A. N0 3 790 430 et pour les vitrocéramiques par le brevet des E.U.A. NO 3 573 072. Comme indiqué par le premier brevet et par les brevets apparentés dans la technique de trempe du verre, les meilleurs résultats en ce qui concerne la conservation de résis- tance mécanique parmi les verres sont obtenus avec des verres d'aluminosilicates de métaux alcalins comprenant de 5 à 25% d'oxydes de métaux alcalins choisis parmi Li20, K20 et Na20, de 5 à 55% de A1203 et d'au moins % au total d'oxydes de métaux alcalins + A1203 + Si02, en poids. Le deuxième brevet, par ailleurs, illustre les très hautes résistances mécaniques présentées par les vitrocéramiques de néphéline qui ont été traités par échange d'ions de manière à avoir des couches super- ficielles compressives de kalsilite. Comme les types ci-dessus de renforcement sont effectués à des températures au-dessous de celles auxquelles un relfchement des contraintes peut se pro- duire dans la surface de leélément en verre ou en vitro- céramique que l'on traite, de très fortes contraintes de compression en surface peuvent 9tre produites direc- tement dans l'élément durant l'étape d'écharene d'ions. Ces techniques peuvent donner facilement des sacro- filaments ou des baguettes de verre ayant des modules de rupture après abrasion de d de 700 MPa et des macrofilaments ou des baguet d-ee vitrocéramique ayant des modules de rupture de plus de 14CO MPa. En rius d'un renforce-ent important et sLr des macrofilaments ou des baguettcs. les méthodes de ren- forcement décrites ci-dessus ont la propriété de pro- duire des surfaces plus dures sur les éléments de ren- forcement, et on peut s'attendre à ce que ces surfaces soient notablement plus résistantes à la formation de défauts due à l'abrasion ou à la corrosion que des surfaces non traitées. Ainsi, on prévoit que la résistance mécanique initiale de l'élément de renfor- cement précontraint peut être sensiblement maintenue durant son incorporation dans la structure composite. Les exemples suivants décrivent plus en détail la production d'éléments de renforcement précontraints utilisables selon l'invention. EXEMPLE I: On prépare un verre fondu ayant une composition en parties en poids, calculée d'après la charge vitri- fiable, d'environ 61,2 parties de Si02, 17,0 parties de Al203, 12,94 parties de Na20, 3,43 parties de K20, 3,48 parties de MgO, 0,39 partie de CaO, 0,78 partie de TiO2 et 0,75 partie de As203, à partir duquel des filaments doivent être étirés. Ce verre est mis sous la forme de macrofilaments ayant des diamètres de 0,38, 0,635, 0,89 et 1,27 mm par étirage par le bas à partir d'un récipient contenant le verre fondu. Les macrofilaments ainsi obtenus sont rompus en éléments de 30,5 cm de longueur, complètement recuits à 600'C et ensuite précontraints par exposition des éléments à un renforcement par échange d'ions pour y former des couches de compression en surface. Le traitement par échange d'ions utilisé est un traitement de remplacement d'ions Na+ par des ions K+ à une température plus basse que le point de trempe du verre. Le point de trempe de ce verre particulier est d'environ 579 C et le traitement par échange d'ions est effectué dans un bain de sels fondus constitué essentiellement de KNO3 fondu à des températures et pendant des temps dépendant du diamètre des macro- filaments comme suit: TABLEAU I Diamètre des Durée du température de macrofilaments traitement traitement (mm) (h) ( C) 1,27 1,5 500 0,89 1,0 475 0,635 2,0 450 0,38 0,08 450 Les macrofilaments traités par échange d'ions ainsi obtenus sont soumis à une abrasion dans un tonneau avec du carbure de silicium de manière à assurer une abrasion uniforme en surface, certains des macrofilaments étant d'abord examinés pour déterminer la profondeur sur eux des couches de compression ayant subi l'échange d'ions, et on soumet ensuite les macrofilaments à des essais pour déterminer les résistances mécaniques qui leur sont données par le traitement d'échange d'ions. Les valeurs de profondeur de compression sont prises comme étant équivalentes à la profondeur de pénétration des ions K+ dans la surface des macrofila- ments comme déterminé par un examen par microsonde électronique. La détermination des modules de rupture des macrofilaments de petit diamètre est compliquée par leur grande flexibilité. Pour ce qui concerne la présente description, le module de rupture d'un macro- filament ou d'un autre élément de renforcement précon- traint est la contrainte pour laquelle l'élément se rompt en flexion. Pour des macrofilaments relativement épais et des éléments assez lourds, cela peut ttre calculé directement d'après la force de flexion néces- saire pour causer la rupture, oui est déterminée typi- quement dans un essai classique de flexion à trois points. A l'exception des macrofilaments de 0,38 mB dans le Tableau I, les modules de rupture des macro- filaments rapportés ont été déterminés par flexion à trois points avec une portée entre les argtes des couteaux de 9,5 mm. Pour des macrofilaments très fins, le module de rupture peut 9tre calculé, en variante, d'après la déformation nécessaire pour causer une rupture en flexion, compte tenu du module d'élasticité du verre tel que déterminé sur des échantillons plus gros. Un filament d'épaisseur t est fléchi lentement jusqu'au point de rupture, on note le diamètre de courbure D au point de rupture et on calcule la contrainte de rupture A partir du module d'élasticité E en utilisant la relation e = Et/D. On a utilisé cette méthode pour calculer le module de rupture du macrofilament de 0,38 mm du Tableau I. il Un examen des propriétés des macrofilaments décrits dans le Tableau I a donné les résultats rapportés dans le Tableau II ci- après. Les résultats comprennent une indication du diamètre du filament en millimètres, les valeurs calculées du module de rupture en MPa et les profondeurs mesurées de la couche de compression en millimètres. Dans un cas, on a essayé aussi les filaments en ce qui concerne la résistance à la traction sur une longueur de jauge de 22,86 cm; la valeur moyenne de résistance à la traction pour ces filaments, en MPa, est rapportée aussi. TABLEAU II Diamètre Module de Profondeur de la cou- Résistance à (ian) rupture, che de compression la traction, MPa (ma) MPa 1,27 942 0,061 0,635 1237 0,043 0,635 1174 0,053 689 0,38 1069 - - Les résultats ci-dessus montrent la conservation de modules de rupture élevés après abrasion, ce qui suggère que des macrofilaments précontraints produits comme décrit présenteraient une bonne résistance à la dégradation de la résistance mécanique dans la manipu- lation durant l'incorporation dans une structure composite. EXEMPLE II Un verre fondu ayant une composition, en parties en poids, calculée d'après la charge vitrifiable, d'environ 46,7 parties de SiO2, 34,0 parties de Al203, ,9 parties de Na2O, 3,4 parties de K20, 8,0 parties de TiO2 et 0,8 partie de As203 est étiré à partir d'un creuset en une baguette de verre d'environ 6,35 mm de diamètre. Des éléments de 10 cm de longueur de cette baguette sont soumis à un traitement thermi- que de manière à être transformés en vitrocéramiques. Ce traitement comprend un chauffage à une vitesse de 300 C/h jusqu'à 85000 C, un maintien à 85000 C pendant 4 heu- res, un chauffage à une vitesse de 300 C/h jusqu'à 11O0 C, un maintien à 1100 C pendant 4 heures et finalement un refroidissement; des élénments aux tempéra- tures anrbianites à la vitesse d-: ffur. L'examen de la baguette de vitroêraiîq;e r Dt.t de ce traitement en utilisant des teo'Mchniqnes. iff ection des rayons X indique - an oralmet- I- le asE rnmistailire ertentse est 1-t-e P Ctiee de l. ew aor 1I. C>-} ee M:s une s-vAr abrsiontv' de A.r,g- - l.e.ari'u;t- e-g l.e present ex epl t r e.frcm et rSftr. 2u point0 4re éela rstae m canqe,i y T Lia a, a >:sei;1 -y.. ,.- ç::*ç Oud aug- '*. 7 mLal. i-e et c* l't t8;j>">C. é,*-l liena ntelue 'ute c s -rato ertio une a1tlre dmbrefoeament, eu re m tarr inies Aluiiainatre dies. AinsiMPa ule eespr ec de sunt elefet ll le crtfre de silicium. Bien qu6 1es élémentts centrceeii- en vitrocéramique précontraints tels que produits selon le présent exemiple constitre*.%t le renforcement préféré du point de vue de la r iata: mécanique, il y a lieu de noter que d'autres co s'&rations en relation avec l'utilisation privue du renforcement peuvent inciter à l'utilisation d'autres matières. Ainsi, les exemples précédents sont seulement illustratifs d'éléments de renforcement précontraints qui pourraient être préparés et utilisés selon l'invention. L'utilisation d'éléments de renforcement précon- traints tels que décrits n'est pas limitée à une ma- tière de matrice particulière ou à une classe parti- culière de matières, mais englobe plutôt n'importe lesquelles des matières connues avec lesquelles le renforcement par des fibres de verre a été utilisé dans la technique antérieure. Parmi les matières de matrice qui ont été proposées pour fabrication de produits composites dans la technique antérieure, et qui pourraient Otre utilisées aussi pour former des produits composites selon l'invention, se trouvent le ciment, le béton, le gypse, des matières plastiques, le caoutchouc, des métaux et même le verre. Des exem- ples de matières plastiques qui pourraient #tre utili- sées sont des polyesters thermodurcissables, des résines époxy, phénoliques, de mélamine et de silicones, des compositions thermoplastiques à base de poly- éthylène, de polycarbonate, de polyuréthane, etc.., et des élastomères comme le caoutchouc de silicones ou l'équivalent. En général, l'utilisation d'agents de liaison pour assurer une bonne adhérence entre les éléments de renforcement en verre ou en vitrocéramique précontraints et la matrice environnante est nécessaire quand on utilise des matières plastiques pour la matrice. L'aire superficielle totale moindre et la plus haute résis- tance mécanique fournies par les macrofilaments, les baguettes ou les autres éléments de renforcement pré- contraints de section relativement grande augmentent l'importance d'une bonne liaison verre-matière plasti- que dans le produit composite. Des agents de liaison actuellement disponibles pour des produits composites et qui pourraient Otre utilisés comprennent n'importe lesquels des agents de couplage connus des types silane, chrome ou autres utilisés antérieurement pour traiter la fibre de verre avant incorporation dans une matrice constituée de matière plastique. Des techniques de fabrication de produits compo- sites qui pourraient être utilisées pour préparer un article en matière plastique renforcéepar des macro- filaments précontraints selon la présente invention sont illustrées plus complètement dans les exemples suivants. EXEMPLE III Un certain nombre de macrofilaments de verre pré- contraints, de 0,635 mm de diamètre, préparés selon le mode opératoire décrit dans l'exemple I ci-dessus, sont soigneusement nettoyés par traitement successif avec un solvant dégraissant, l'acide chromique et de l'eau désionisée. On leur applique ensuite un revêtement d'un agent de couplage par immersion dans une solution à 1% d'un agent de couplage disponible dans le commerce, l'agent de couplage silane A-1?4 de la firme Union Carbide, cela étant suivi d'un séchage. Les macrofilaments rev#tus sont disposés de manière espacée dans une carité de moulage ayant des dimensions intérieures de 1,27 cm x 0,76 cm x 38,1 cm, des pièces d'espacement en métal ou en matière plasti- que étant attachées aux extrémités des filaments pour assurer un espacement approprié. On ferme ensuite la cavité de moulage et on la met sous vide partiel, et on introduit une résine plastique thermodureissable dans la chambre tout en maintenant le vide partiel. La résine utilisée est une résine polyester pour tempé- ratures élevées, la résine Derakane @ 470-45, dispo- nible dans le commerce en provenance de Dow Chemical Co., Midland, Michigan, E.U.A., à laquelle on a ajouté 1,5 % en poids d'un catalyseur peroxyde de benzoyle et 6% d'un monomère styrène. Après que la chambre de moulage ait été remplie de résine et qu'on en ait chassé les bulles d'air, la chambre est mise sous pression à environ 0,42 MPa pendant une heure et ensuite chauffée au bain-marie à 85 C pendant une heure supplémentaire, tandis qu'elle est toujours sous pression, pour durcir la résine. Après le durcissement, le moule et le produit composite sont refroidis à la température ambiante et on ouvre le moule pour permettre l'enlèvement du produit com- posite coulé. L'examen du produit coulé, y compris un examen Microscopique d'échantillons coupés transversa- lement, indique que la barre composite est sensiblement exempte de défauts majeurs tels que des cavités, des fissures et un mauvais alignement des macrofilaments, et qu'il y a une bonne distribution des macrofilaments dans tout le volume de l'échantillon. Des barres composites coulées produites de la manière décrite ci-dessus, contenant un renforcement de microfilaments de 0,635 mm précontraints à raison de 37 et d 60 pour cent en volume sont essayés en ce qui concerne les propriétés physiques en utilisant tant les méthodes classiques d'essai en flexion stati- que que les méthodes d'essai plus récentes de fatigue par flexion inversée rapportées dans la thèse de Kin citée ci-dessus "Fatigue Performance Characteristics and Fatigue Life Limitations of Fiberglass Composites", Case Western Reserve University (août 1978). Dans les essais de flexion statique, conduits de manière classique avec un appareil de flexion à trois points ou à quatre points, les échantillons de produit compositecontenant 37 pour cent en volume des macrofilaments précontraints se rompent typiquement en flexion à une contrainte moyenne de 284 MPa, tandis que des échantil- lons contenant 60 pour cent en volume des macrofilaments se rompent à environ 396 MPa. Compte tenu de ces valeurs de contrainte de rupture par flexion, on effectue des essais cycliques de fatigue dans des conditions de charge complètement inversées à des niveaux initiaux de contrainte au- dessous de ceux causant une rupture immédiate par flexion, comme décrit dans la thèse de Kim précitée. Ces essais comportent des flexions répétées, complètement inversées, d'éprouvettes de produit composite de 26,7 cm de ion- gueur et 0,699 x 1,27 cm de section dans un appareil de flexion normalisé Sonntag à. quatre points avec une longueur de bras de levier de 173,49 cm, une portée de support de 36,19 cm et une portée de charge de 9,21 cm. La flexion esat effectuée dans des conditions déterminéee de fleehissements la distance de fléchisse- ment étant fixée A une valeitr qui produit une contrainte dans chaque éprouvette fra!che é,:Divalente à une frac- tion connue de la résistance maximale à la flexion (trfax.) de cette éprouvette. Dse flexions répétées, compltement inversées, de j 1 otte jusaueâ cette limite fixe de fléchiss-ment lntS; enouite commencées a des fréquences allant JuEquILt t colàes par seconde tandis qu'on contr8le les -nifre -, ie contrainte résul- tants pour déterminer l'étené- des dommages causés à la matrice du produit compcsi2te. En génarai, la contrainte au fléchissemenz fi-6 est réduite au cours du temps en proportion de l-dportauce dM domage par fatigue subi par l'éprou'e'tt On continue les flexions jusqu'A rupture de lweprouvette ou jusqu'à ce qu'on arrgte l'essai. Les résultats de ces essais indiquent que les produits composites décrits comprenant un renforcement par macrofilaments précontraimts, bien que pas tout & fait aussi résistants que des produits composites contenant une quantité équivalente de fibres de verre, présentent une résistance au dommage par fatigue notablement supérieure & celle présentée par les matières composites renforcées de maniére classique. Le Tableau III ci-dessous rapporte les résultats d'un tel programme d'essais de fatigea et compare ces ré- sultats aux résultats de fatigue produits de manière similaire pour des produits composites renforcés par des fibres de verre. Sont inclus dans le Tableau III: une indication du renforcement utilisé, fibre de verre classique (fibre de 10-19 ' m) ou macrofila- ment précontraint; la fraction en volume de renforcement utilisée, en pourcentage; le niveau de contrainte utilisé pour l'essai, exprimé en fraction de la résistance maximale à la flexion prévue pour la configuration d'éprouvette soumise à l'essai; la fréquence de flexion en cycles par seconde; et le nombre de cycles jusqu'à rupture de l'éprouvette, ou jusqu'à interruption de l'essai s'il n'y a pas eu rupture de l'éprouvette. TABLEAU III Type de renforcement Fibre de verre Fibre de verre macrofilament macrofilament macrofilament (0,89 rm) (0,635 mm) (0,635 mm) Traction en volume de renforcement Niveau de contrainte d'essai (fraction de 6 max.) Fréquence de flexion Cycles jusqu'à la rupture 4700 22000 500 000 pas de rupture pas de rupture à 1 000 000 à 900 000 oC If,. O\ o' cm. 59 % 0,34 1/s o 57 % 0,34 1/s % 0,33 2/s % 0,53 % 0,50 2/s 2/s Les résultats ci-dessus montrent la résistance à la fatigue notablement supérieure des produits compo- sites renforcés par macrofilaments précontraints par rapport à des produits composites renforcés par fibre de verre à des niveaux équivalents de charge fractionnaire. On pourra mieux comprendre le comportement à la fatigue des structures composites verre-matière plas- tique soumises aux contraintes cycliques de la manière décrite d'après une étude de la figure annexée, qui illustre schématiquement le phénomène d'affaiblissement de la contrainte ou de la rigidité se produisant en fonction du nombre de cycles pour un essai de fatigue par flexion inversée, à fléchissement fixe comme décrit ci- dessus. L'axe vertical du diagramme indique la niveau de contrainte mesuré sous la forme d'un rapport entre la contrainte mesurée et la contrainte appliquée initiale- ment à l'éprouvette au début de l'essai, tandis que l'axe horizontal indique la durée de l'essai exprimée en nombre de cycles d'essai appliqués à l'éprouvette. Les résultats rapportés concernent l'échantillon renforcé par 57 % (en volume) de fibres de verre du Tableau III (courbe A) et l'échantillon renforcé par un volume égal de macrofilaments de 0,89 mm du Tableau III (courbe B). La diminution bien plus rapide de la rigidité de l'échantillon renforcé par des fibres de verre, par rapport à l'échantillon renforcé par des macrofilaments précontraints, est évidente d'après les résultats rapportés. Dans un effort en vue de déterminer les effets, sur la résistance mécanique des macrofilaments, de la manipulation des filaments avant et pendant la fabrica- tion du produit composite, des macrofilaments précon- traints préparés comme dans l'exemple 1 et incorporés dans une matrice de polyester comme dans l'exemple III sont séparés par lixiviation de la matrice du produit composite et soumis à des essais de résistance mécanique. * Les essais de résistance mécanique sont conduits en tension axiale, plut8t que par flexion a trois points, et sont effectués sur des échantillons de filaments précontraints tant tels que préparés qu'isolés par lixiviation de 0,635 mm de diamètre et de 22,9 cm de longueur entre repères. La contrainte de rupture pour les macrofilaments tels que preparés est en moyenne de 689 MPa tandis que celle des filaments incorporés dans un produit composite et isolés par iixiviation est de 654 MPa. Cela représente une perte de résistance mécanique qui pourrait Otre considérée comme très modérée compte tenu des importantes pertes - de résistance mécanique qui sont connues comme résultant de la manipulation d'une fibre de verre classique. EXEMPLE IV: On prépare des macrofilaments de vitrocéramique selon un mode opératoire similaire A celui décrit pour la production de la baguette de vitrocéramique de l'exemple II. Les filaments ont 1,27 ua de diamètre et 5,08 ce de longueur et sont renforces par un traite- ment de trempe par échange d'ions remplaçant des ions de sodium par des ions de potassium de façon qu'ils aient un module de rupture après abrasion de plus de 1400 MPa. La couche superficielle en compression donnant cette résistance mécanique est une couche de kalsilite ayant une épaisseur estimée de l'ordre de 0,10-0,13 mm. Pour déterminer la durabilité de ces macro- filaments précontraints dans un environnement de mélange de béton, on ajoute I pour cent en volume des macro- filaments A une charge prémélangée de 0,034 3 de béton à base de ciment Portland. Cette charge comprend de l'eau, du ciment, du gravier et du sable dans des pro- portions d'environ 445 kg/m3 de ciment Portland, 730 kg/x3 de sable, 1026 kg/E3 d'agrégat grossier de calcaire et 193 kg/m3 d'eau. La charge contient aussi une petite quantité d'un retardateur de prise.. La Charge avec les macrofilaments est mélangée dans un mélangeur à tambour rotatif Jusqu'à obtention d'une dispersion homogène des macrofilaments, on prélève un échantillon pour examen et on continue l'opération de mélange pendant 30 minutes supplémentaires en prélevant des échantillons toutes les dix minutes pour nouvel examen. Les échantillons prélevés sont tamisés pour recueil des macrofilaments et ensuite on examine ces derniers et on les compte pour calculer la quantité de renforcement restant dans chaque échantillon. On suppose que la quantité de macrofilaments recueillie diminuera au- dessous de la valeur initiale de 1 % (en volume) quand la durée de l'opération de mélange augmente si une rupture importante de filaments se produit. Dans le cas présent, toutefois, comme montré par les résultats présentés dans le Tableau III ci-dessous, on n'observe pas de rupture importante quelconque des filaments. TABLEAU III Echantillon mélange Après 10 Après 20 Après 30 mélangé initial minutes minutes minutes de de de mélange mélange mélange Pourcentage en volume de filaments recueillis 0,86 % 0,89 % 0,85 % 0,99 % Un examen microscopique de l'état des filaments recueillis indique que les surfaces précontraintes n'ont pas subi de dommage important durant l'opération de mélange, et montre que seulement environ 2% des fibres recueillies ont des longueurs notablement inférieures aux longueurs de 5,08 cm des filaments de départ. Ces résultats indiquent que la durabilité du renforcement de macrofilaments de vitrocéramique précontraints est suffisante pour un environnement d'opération de mélange de béton. Des éprouvettes pour essais de flexion ayant des dimensions d'environ 6, 35 x 11,4 x 22,9 cm, formées à partir du lot de béton contenant des macrofilaments décrit tel que mélangé initialement, sont essayées selon la méthode d'essai de la norme ASTM C293 pour détermina- tion du comportement des macrofilaments sous contrainte. Comme prévisible, le macrofilament de vitrocéramique ne fournit pas de renforcement à l'éprouvette avec cette faible teneur en matière de renforcement. Toutefois, le macrofilament fournit en fait un support à l'éprouvet- te même après rupture de la matrice de béton. Les monofilaments précontraints présentent le mode de défaillance relativement avantageux consistant à se séparer de la matrice de béton, au lieu de se rompre de manière catastrophique en cas de contrainte excessive de traction. De plus, des éprouvettes pour essais de flexion préparées d'une manière similaire, mais avec une teneur de 12% en volume en macrofilaments précon- traints, présentent un effet de renforcement important dans cette matrice de béton. EXEMPLE V: Les macrofilaments de vitrocéramique précon- traints décrits dans l'exemple IV sont incorporés à raison de 2,0 pour cent en volume dans une gtchée à base d'un ciment d'aluminate de calcium réfractaire. La gtchée est coulée en échantillons de brique réfractaire de 6,55 x 11,4 x 22,9 cm qui sont durcis et séchés à 1100C. Les échantillons de brique réfractaire préparés comme décrit présentent des résistances à la flexion légèrement supérieures à celles de briques non renforcées, bien que l'on observe une certaine fissuration des briques renforcées après le chauffage. Cet effet est attribué au diamètre relativement grand du renforcement de macrofilaments particulier utilisé. Un point plus important, toutefois, est que les échantillons renforcés par macrofilaments présentent une défaillance en flexion lente ou "ductile" sous la contrainte de rupture même après cuisson à 1093 C, comportement qui n'était pas prévisible avec des fibres de renforcement en acier. Cette défaillance lente est attribuable de nouveau à 1' "arrachement" des macrofilaments de la matrice de support après que la défaillance sous contrainte de la matière de matrice s'est produite. Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et qu'on peut y apporter toutes variantes. REVENDICATIONS 1. Article composite comprenant une phase de matrice et une phase renforçante ayant un rapport d'as- pect élevé, caractérisé en ce que la phase renforçante d'un rapport d'aspect élevé est constituée d'éléments allongés précontraints multiples, en verre ou en vitro- céramique, ayant une épaisseur minimale dans la gamme d'environ 0,025 à 2, 54 cm, un rapport de l'épaisseur minimale à la longueur d'au moins environ 10:1 et des couches de surface contraintes en compression donnant à chacun des éléments un module de rupture par flexion après abrasion d'au moins 700 NPa. 2. Article composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments précontraints en verre ou en vitrocéramique sont des macrofilaments ou des baguettes de verre ou de vitrocéramique ayant un dia- mètre compris entre 0,025 et 0$254 cm. 3. Article composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments précontraints sont composés d'un verre d'aluminosilicate de métal alcalin comprenant de 5 à 25% d'un oxyde de métal alcalin choisi parmi Li2O, Na2O et K20, de 5 à 35 % de A1203 et un total d'au moins 80 % d'oxydes de métaux alcalins + A1203 + SiO2, en poids, et comprennent des couches super- ficielles en compression dans lesquelles des ions de métal alcalin relativement gros ont été substitués à des ions de métal alcalin relativement petits. 4. Article composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments précontraints sont composés d'une vitrocéramique de néphéline et comprennent des couches superficielles de kalailite en compression. 5. Article composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que la phase de matrice est composée de matière plastique. 6. Article composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que la phase de matrice comprend un ciment.