Comment la fibre de carbone est-elle produite ? | Guide de l'expert Supreem Carbon

Comprendre la production et l'approvisionnement en fibre de carbone pour l'industrie des pièces en fibre de carbone

Fibre de carbonea révolutionné de nombreux secteurs, de l'aérospatiale et de l'automobile aux équipements sportifs et à la construction, grâce à son exceptionnel rapport résistance/poids, sa grande rigidité et sa résistance chimique. Ce guide fournit des connaissances essentielles aux professionnels du secteur.pièces en fibre de carbonel'industrie cherche à se procurermatériaux en fibre de carboneefficacement.

D'après les recherches récentes en ligne sur la manière dont la fibre de carbone est produite, les questions et les domaines d'intérêt courants des utilisateurs incluent :

1. Quelles sont les différentes méthodes de production de fibre de carbone ?

La méthode la plus courante est le procédé au polyacrylonitrile (PAN). Il consiste à étirer les fibres de PAN, puis à les chauffer progressivement à très haute température dans un environnement exempt d'oxygène. Ce procédé carbonise la fibre, laissant la plupart des atomes de carbone étroitement liés entre eux. D'autres procédés incluent les procédés à base de brai et de rayonne, chacun ayant des coûts et des propriétés de fibres différents.

• À base de PAN : offre le meilleur équilibre entre résistance et coût, ce qui en fait le plus largement utilisé.
• À base de brai : produit des fibres avec une rigidité extrêmement élevée, adaptées aux applications spécialisées.
• À base de rayonne : une méthode plus ancienne, désormais moins courante en raison de performances inférieures et d'un coût plus élevé.

2. Quelles sont les propriétés clés à prendre en compte lors de la sélection de la fibre de carbone ?

Plusieurs propriétés sont cruciales lors du choix de la fibre de carbone pour des applications spécifiques. Parmi celles-ci :

• Résistance à la traction : Force qu'une fibre peut supporter avant de se rompre. Mesurée en MPa (mégapascals) ou en KSI (kilolivres par pouce carré).
• Module de traction (rigidité) : mesure de la résistance d'une fibre à la déformation sous contrainte. Mesuré en GPa (gigapascals) ou MSI (millions de livres par pouce carré).
• Densité : Masse volumique. La fibre de carbone est appréciée pour sa faible densité (généralement autour de 1,75-1,85 g/cm³).
• Allongement : Quantité qu'une fibre peut étirer avant de se rompre, exprimée en pourcentage.
• Diamètre de la fibre : Généralement mesuré en micromètres (µm). Affecte la surface et la liaison à la résine.

Les différentes qualités de fibres de carbone offrent des performances variables dans ces catégories. Par exemple, les fibres de carbone à haute résistance privilégient la résistance à la traction, tandis que les fibres à haut module privilégient la rigidité.

3. Quels sont les différents types de tissages en fibre de carbone et leurs applications ?

La fibre de carbone est souvent tissée dans des tissus destinés à la fabrication de composites. Les motifs de tissage les plus courants sont les suivants :

• Tissage uni : un motif simple superposé qui offre une bonne stabilité et est relativement peu coûteux.
• Armure sergée : Motif côtelé diagonal offrant un meilleur drapé (capacité à épouser des formes complexes) et un aspect esthétique. Exemples : sergé 2x2 et sergé 4x4.
• Armure satin : moins d'entrelacs que les armures simples ou sergées, ce qui lui confère un drapé supérieur et une finition de surface plus lisse. Souvent utilisée pour les pièces esthétiques.
• Unidirectionnel : toutes les fibres sont alignées dans une direction, offrant une résistance et une rigidité maximales dans cette direction. Utilisé dans les applications où la charge est principalement unidirectionnelle.

Le choix du tissage dépend des exigences de l'application en matière de résistance, de rigidité, d'apparence et de facilité de fabrication.

4. Quelles résines sont couramment utilisées avec la fibre de carbone ?

La fibre de carbone est généralement associée à une matrice de résine pour créer un matériau composite. Les résines les plus courantes sont :

• Époxy : La résine la plus utilisée en raison de ses excellentes propriétés mécaniques, de sa résistance chimique et de son adhérence à la fibre de carbone.
• Polyester : une alternative moins coûteuse à l’époxy, adaptée aux applications moins exigeantes.
• Ester vinylique : Offre une meilleure résistance à la corrosion que le polyester et de bonnes propriétés mécaniques.
• Phénolique : Utilisé dans les applications à haute température en raison de son excellente résistance au feu.

Le choix de la résine a un impact significatif sur les propriétés, le coût et les exigences de traitement du composite final.

5. Quelles sont les principales considérations en matière de contrôle qualité pour les pièces en fibre de carbone ?

Il est essentiel de garantir la qualité des pièces en fibre de carbone. Les points clés à considérer sont les suivants :

• Fraction volumique de fibres : Rapport entre les fibres de carbone et la résine dans le composite. L'optimisation de ce rapport est essentielle pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées. Les valeurs typiques varient de 50 % à 70 %.
• Teneur en vides : Présence de bulles d'air dans le composite. Une teneur élevée en vides peut réduire considérablement la résistance et la rigidité. Des méthodes de contrôle non destructif, comme l'inspection par ultrasons, permettent de détecter les vides.
• Alignement des fibres : Un alignement correct des fibres est essentiel pour maximiser la résistance et la rigidité dans les directions souhaitées. Un mauvais alignement peut entraîner une défaillance prématurée.
• Qualité de durcissement : Un durcissement correct de la résine est essentiel pour obtenir des propriétés mécaniques optimales. La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) permet d'évaluer le degré de durcissement.
• Finition de surface : La finition de surface doit répondre aux exigences esthétiques et fonctionnelles de l'application. La rugosité de surface peut affecter l'adhérence des joints collés.

Des mesures de contrôle de qualité efficaces tout au long du processus de fabrication sont essentielles pour garantir la fiabilité et les performances des pièces en fibre de carbone.

En comprenant ces aspects de la production de fibres de carbone, des propriétés, des tissages, des résines et du contrôle qualité, les professionnels de l'industrie des pièces en fibre de carbone peuvent prendre des décisions éclairées lors des processus d'approvisionnement et de fabrication, conduisant à des produits de meilleure qualité et à des performances améliorées.