Composites Époxy-verre : fiabilité, transparence RF et maîtrise industrielle

Le composite époxy-verre est aujourd’hui l’un des matériaux les plus utilisés dans les domaines aéronautique, spatial et électronique.
Il combine une bonne rigidité spécifique, une excellente stabilité dimensionnelle et un coût maîtrisé, tout en offrant une compatibilité satisfaisante avec les environnements RF jusqu’à la bande Ku (12–18 GHz).

La résine époxy confère la cohésion et la tenue mécanique, tandis que le renfort en fibres de verre assure la résistance et la rigidité.
Les systèmes modernes (sans halogène et conformes REACH) permettent une utilisation fiable jusqu’à 150 °C en continu et des pics jusqu’à 180–200 °C sur courte durée.

Cependant, la sensibilité à l’humidité reste un point de vigilance, notamment pour les applications RF à haute fréquence.

Les résines époxy se distinguent par leur bonne résistance mécanique et leur faible retrait à la polymérisation, assurant un excellent état de surface et une précision dimensionnelle élevée.

• Les fibres E-glass, ou verre électrique, constituent le standard industriel : économiques et bien adaptées aux pièces structurelles ou isolantes jusqu’à 150 °C.
• Les fibres S-glass présentent une composition enrichie en silice et alumine, offrant une résistance mécanique supérieure (+30 % env.) et une meilleure tenue à chaud.
• Enfin, les fibres de quartz (verre SiO₂ quasi pur) se distinguent par leur très faible constante diélectrique (εr ≈ 3,8) et leurs pertes RF minimales, en faisant le choix privilégié pour les radômes Ku/Ka.

Tenue à chaud sous charge.

• Les composites époxy-verre conservent une bonne rigidité jusqu’à environ 120–150 °C. Au-delà de 150 °C, la résine amorce un ramollissement progressif (chute de module E′ mesurable dès 0,8 Tg).
• La résistance à la compression chute généralement de 20 à 30 % entre RT et 150°C, ce qui reste acceptable pour des applications structurelles légères.

Stabilité “hot/wet”.

• L’époxy-verre présente une absorption d’eau modérée (1,5–3 %), suffisante pour abaisser la Tg effective d’environ 10–20 °C après exposition prolongée à 70 °C/85 % RH (ASTM D5229).
• Les propriétés mécaniques à chaud restent stables si le matériau est protégé par vernis ou peinture barrière hydrophobe, et si le cycle de polymérisation atteint Tg + 20 °C.
• Sans finition, une augmentation du facteur de perte (tan δ) et une légère baisse de module peuvent être observées en environnement humide.
• En pratique, le composite conserve > 80 % de sa résistance en flexion et en compression après 1000 h à 120 °C sous 85 % RH, ce qui le rend adapté aux environnements “hot/wet” modérés.

Les composites époxy-verre constituent une solution performante et économique pour les radômes et structures RF fonctionnant jusqu’à la bande Ku (12–18 GHz).
La matrice époxy, combinée à des fibres de verre E ou S, présente une constante diélectrique moyenne εᵣ ≈ 4,2–4,5 et un facteur de pertes tan δ compris entre 2×10⁻³ et 6×10⁻³, mesuré selon la norme ASTM D2520 en guide d’onde Ku.

Dans la bande Ku, ces valeurs permettent de maintenir des pertes d’insertion (IL) très faibles — typiquement ≤ 0,05 dB pour une plaque de 2 mm à 18 GHz — à condition d’un matériau sec et homogène.

En revanche, en bande Ka (26–40 GHz), la montée en fréquence augmente les pertes proportionnellement à f · tan δ ; l’IL peut atteindre 0,15–0,25 dB pour une même épaisseur, ce qui nécessite un ajustement d’architecture (peaux quartz ou couches d’adaptation).

L’humidité a un effet notable sur le comportement RF : elle augmente à la fois εᵣ et tan δ, modifiant la phase et la transparence du matériau.

Un séchage préalable, associé à une peinture hydrophobe RF-transparente, permet de limiter ces dérives à moins de 0,05 dB dans la bande Ku.
Les formulations époxy spécifiques à faible polarité (BT-époxy ou cyanate-modifiées) offrent une meilleure stabilité diélectrique sous atmosphère humide.

Enfin, les fibres de quartz, grâce à leur εᵣ plus faible (~3,8) et leur tan δ ≤ 2×10⁻³, constituent le renfort privilégié pour les radômes Ku/Ka, lorsque la précision de phase et la faible perte de signal priment sur le coût.

• Bon compromis performance/coût pour les structures et radômes fonctionnant jusqu’à 150 °C.
• Transparence RF stable en bande Ku (12–18 GHz), excellente stabilité dimensionnelle et résistance à la fatigue.
• Procédés maîtrisés et polyvalents (préimprégnés, infusion, RTM), compatibles avec les renforts E-glass, S-glass ou quartz et les exigences REACH / PFAS-free.

Radômes et couvertures RF (bande Ku)

• Les composites verre/époxy sont largement employés pour les radômes de communication en bande Ku (12–18 GHz), où ils offrent un bon équilibre entre transparence électromagnétique, rigidité, et coût maîtrisé.
• Les empilages E-glass/époxy ou quartz/époxy assurent une perte d’insertion (IL) inférieure à 0,05 dB dans la plupart des architectures A-/B-sandwich, pour des épaisseurs accordées demi-onde (~4–5 mm).
• Les peintures ou vernis hydrophobes RF-transparents sont recommandés afin de limiter l’effet de l’humidité sur εr et tan δ.

Structures techniques et panneaux sandwich

• Le couple époxy / verre est un standard pour les structures secondaires ou carters d’équipements soumis à des températures modérées (≤ 150 °C) et des environnements “hot/wet” contrôlés.
• On le retrouve dans les panneaux sandwich (mousse PVC, PET, Nomex®) de carénages, capots d’accès, ou cloisons internes, où il combine bonne résistance mécanique, rigidité spécifique élevée, et facilité de réparation.
  Les procédés préimprégné, infusion ou RTM permettent d’obtenir des taux de fibres maîtrisés et une excellente qualité de surface.

Isolants et pièces électriques

• Grâce à sa résistivité élevée et sa faible permittivité, le composite époxy-verre est couramment utilisé pour les pièces isolantes, supports de circuits RF, et blindages composites dans les systèmes électroniques embarqués.
• Les grades BT-époxy ou halogen-free assurent une stabilité thermique améliorée et une compatibilité environnementale REACH / PFAS-free.
• En contexte industriel, on le retrouve dans les pièces d’isolation diélectrique, carters de protection, et interfaces composites-métal des systèmes radar ou d’instrumentation.

Besoin d’un composite époxy-verre fiable pour une structure technique, un radôme Ku ou un isolant RF ?

Apollinaire conçoit, fabrique et qualifie des composites époxy/verre, époxy/quartz et BT-époxy, optimisés pour la stabilité diélectrique, la tenue thermique jusqu’à 150 °C et la compatibilité environnementale (REACH / PFAS-free).

Nos équipes accompagnent vos projets du dimensionnement matière/procédé jusqu’à la qualification.

• Hexcel – HexPly® F155 / F584 – Product Data Sheets.
  → Données de Tg (130–160 °C), T₅% (~330 °C), propriétés mécaniques et plage d’usage structurelle ≤ 150 °C.

• Syensqo (ex-Solvay) – Prime 20LV (RTM epoxy) / Cycom® 977-2 (aerospace epoxy).
  → Références pour la tenue thermique améliorée (Tg jusqu’à 180 °C) et le maintien des propriétés « hot/wet ».

• AGY – E-Glass, S-Glass, Quartz Fibers – Technical Overview (2023).
  → Source des différences entre fibres E, S et quartz (composition, résistance, εr, tan δ).

• ASTM D2520-22 – Test Method for Complex Permittivity (ε′, tan δ) of Dielectric Materials at Microwave Frequencies.
  → Base de mesure pour les valeurs εr ≈ 4,2 – 4,5 et tan δ ≈ (2–6)×10⁻³ mentionnées dans la partie RF.

• ASTM E1640-18 – Determination of Glass Transition Temperature by DMA/DSC.
  → Référence utilisée pour la définition et la mesure de Tg (130–180 °C).

• ASTM D5229-20 – Moisture Absorption Properties of Polymer Matrix Composites.
  → Référence pour la baisse de Tg sous humidité et la stabilité « hot/wet ».

• RTCA DO-213A – Testing of Radomes.
  → Source pour les critères de qualification RF (BSE, ΔBW, IL) et bandes Ku/Ka.

• RTCA DO-160G – Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment.
  → Référence environnementale (§20, §24, §507/509) pour humidité, UV et température dans les applications radômes.

• Apollinaire ACT – Base de Connaissance Radômes Ku/Ka (18 & 40 GHz) (2025-09-24).
  → Source interne pour les pertes RF typiques, tolérances d’épaisseur et IL Ku/Ka.

• Apollinaire ACT – Base de Connaissance Composites Ultra-légers 400–500 °C (2025-09-24).
  → Référence interne pour la structure et la cohérence du format de fiche technique (style BMI).