Avec le développement continu des matériaux composites, outre les plastiques renforcés de fibres de verre, des plastiques renforcés de fibres de carbone, des plastiques renforcés de fibres de bore, etc. sont apparus.Les composites polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont des matériaux légers et solides utilisés dans la fabrication de nombreux produits que nous utilisons dans notre vie quotidienne.C'est un terme utilisé pour décrire les matériaux composites renforcés de fibres qui utilisent des fibres de carbone comme composant structurel principal.
Table des matières:
1. Structure en polymère renforcé de fibre de carbone
2. La méthode de moulage du plastique renforcé de fibres de carbone
3. Propriétés du polymère renforcé de fibre de carbone
4. Avantages du CFRP
5. Inconvénients du CFRP
6. Utilisations du plastique renforcé de fibres de carbone
Structure en polymère renforcé de fibre de carbone
Le plastique renforcé de fibres de carbone est un matériau formé en disposant des matériaux en fibre de carbone dans une certaine direction et en utilisant des matériaux polymères liés.Le diamètre de la fibre de carbone est extrêmement fin, environ 7 microns, mais sa résistance est extrêmement élevée.
L’unité constitutive la plus fondamentale du matériau composite renforcé de fibres de carbone est le filament de fibre de carbone.La matière première de base du filament de carbone est le polyacrylonitrile (PAN), la rayonne ou le brai de pétrole.Les filaments de carbone sont ensuite transformés en tissus en fibre de carbone par des méthodes chimiques et mécaniques pour les pièces en fibre de carbone.
Le polymère liant est généralement une résine thermodurcissable telle que l'époxy.D'autres thermodurcissables ou polymères thermoplastiques sont parfois utilisés, comme l'acétate de polyvinyle ou le nylon.En plus des fibres de carbone, les composites peuvent également contenir des fibres d'aramide Q, de polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé, d'aluminium ou de verre.Les propriétés du produit final en fibre de carbone peuvent également être affectées par le type d'additifs introduits dans la matrice de liaison.
La méthode de moulage du plastique renforcé de fibres de carbone
Les produits en fibre de carbone sont principalement différents en raison de processus différents.Il existe de nombreuses méthodes pour former des matériaux polymères renforcés de fibres de carbone.
1. Méthode de pose manuelle
Divisé en méthode sèche (atelier pré-préparé) et méthode humide (tissu de fibre et résine collés à utiliser).Le drapage manuel est également utilisé pour préparer des préimprégnés destinés à être utilisés dans des processus de moulage secondaires tels que le moulage par compression.Cette méthode consiste à laminer des feuilles de tissu en fibre de carbone sur un moule pour former le produit final.Les propriétés de résistance et de rigidité du matériau obtenu sont optimisées en sélectionnant l'alignement et le tissage des fibres du tissu.Le moule est ensuite rempli d'époxy et durci à la chaleur ou à l'air.Cette méthode de fabrication est souvent utilisée pour des pièces non sollicitées, comme les carters de moteur.
2. Méthode de formage sous vide
Pour le préimprégné laminé, il est nécessaire d'appliquer une pression via un certain processus pour le rapprocher du moule et le durcir et le façonner sous une certaine température et pression.La méthode du sac sous vide utilise une pompe à vide pour évacuer l'intérieur du sac de formage afin que la pression négative entre le sac et le moule forme une pression telle que le matériau composite soit proche du moule.
Sur la base de la méthode du sac sous vide, la méthode de formation du sac sous vide en autoclave a été dérivée plus tard.Les autoclaves fournissent des pressions plus élevées et durcissent la pièce à chaud (au lieu d'un durcissement naturel) que les méthodes utilisant uniquement des sacs sous vide.Une telle pièce a une structure plus compacte, une meilleure qualité de surface, peut éliminer efficacement les bulles d'air (les bulles affecteront grandement la résistance de la pièce) et la qualité globale est supérieure.En fait, le processus d’emballage sous vide est similaire à celui du collage d’un film pour téléphone portable.L'élimination des bulles d'air est une tâche majeure.
3. Méthode de moulage par compression
Moulage par compressionest une méthode de moulage propice à la production de masse et à la production de masse.Les moules sont généralement constitués de parties supérieure et inférieure, que nous appelons moule mâle et moule femelle.Le processus de moulage consiste à placer le tapis constitué de préimprégnés dans le contre-moule métallique, et sous l'action d'une certaine température et pression, le tapis est chauffé et plastifié dans la cavité du moule, s'écoule sous pression et remplit la cavité du moule, puis Et moulage et durcissement pour obtenir des produits.Cependant, cette méthode a un coût initial plus élevé que les précédentes, car le moule nécessite un usinage CNC de très haute précision.
4. Moulage d'enroulement
Pour les pièces aux formes complexes ou en forme de corps de révolution, un enrouleur de filament peut être utilisé pour réaliser la pièce en enroulant le filament sur un mandrin ou un noyau.Une fois le bobinage terminé, durcissez et retirez le mandrin.Par exemple, les bras articulés tubulaires utilisés dans les systèmes de suspension peuvent être fabriqués à l'aide de ce procédé.
5. Moulage par transfert de résine
Le moulage par transfert de résine (RTM) est une méthode de moulage relativement populaire.Ses étapes de base sont :
1. Placez le mauvais tissu en fibre de carbone préparé dans le moule et fermez le moule.
2. Injectez-y de la résine thermodurcissable liquide, imprégnez-la du matériau de renfort et durcissez.
Propriétés du polymère renforcé de fibre de carbone
(1) Haute résistance et bonne élasticité.
La résistance spécifique (c'est-à-dire le rapport entre la résistance à la traction et la densité) de la fibre de carbone est 6 fois celle de l'acier et 17 fois celle de l'aluminium.Le module spécifique (c'est-à-dire le rapport entre le module d'Young et la densité, qui est un signe de l'élasticité d'un objet) est plus de 3 fois supérieur à celui de l'acier ou de l'aluminium.
Avec une résistance spécifique élevée, il peut supporter une charge de travail importante.Sa pression maximale de service peut atteindre 350 kg/cm2.De plus, il est plus compressible et résistant que le F-4 pur et sa tresse.
(2) Bonne résistance à la fatigue et résistance à l’usure.
Sa résistance à la fatigue est bien supérieure à celle de la résine époxy et supérieure à celle des matériaux métalliques.Les fibres de graphite sont autolubrifiantes et ont un faible coefficient de friction.Le degré d'usure est 5 à 10 fois inférieur à celui des produits généraux en amiante ou des tresses F-4.
(3) Bonne conductivité thermique et résistance à la chaleur.
Les plastiques renforcés de fibres de carbone ont une bonne conductivité thermique et la chaleur générée par la friction se dissipe facilement.L'intérieur n'est pas facile à surchauffer et à stocker la chaleur et peut être utilisé comme matériau d'étanchéité dynamique.Dans l'air, il peut fonctionner de manière stable dans la plage de température de -120 à 350 °C.Avec la réduction de la teneur en métaux alcalins dans la fibre de carbone, la température de service peut être encore augmentée.Dans un gaz inerte, sa température adaptable peut atteindre environ 2 000 °C et il peut résister à des changements brusques de froid et de chaleur.
(4) Bonne résistance aux vibrations.
Il n'est pas facile de résonner ou de flotter, et c'est également un excellent matériau pour la réduction des vibrations et du bruit.
Avantages du CFRP
1. Poids léger
Les plastiques traditionnels renforcés de fibres de verre utilisent des fibres de verre continues et 70 % de fibres de verre (poids du verre/poids total) et ont généralement une densité de 0,065 livre par pouce cube.Un composite CFRP avec le même poids de fibres à 70 % a généralement une densité de 0,055 livre par pouce cube.
2. Haute résistance
Bien que les polymères renforcés de fibres de carbone soient légers, les composites CFRP ont une résistance et une rigidité par unité de poids plus élevées que les composites à base de fibres de verre.Par rapport aux matériaux métalliques, cet avantage est plus évident.
Inconvénients du CFRP
1. Coût élevé
Le coût de production du plastique renforcé de fibres de carbone est prohibitif.Les prix de la fibre de carbone peuvent varier considérablement en fonction des conditions actuelles du marché (offre et demande), du type de fibre de carbone (qualité aérospatiale ou commerciale) et de la taille du faisceau de fibres.Sur une base livre pour livre, la fibre de carbone vierge peut coûter 5 à 25 fois plus chère que la fibre de verre.Cette différence est encore plus grande lorsque l’on compare l’acier au CFRP.
2. Conductivité
C'est l'avantage et l'inconvénient des matériaux composites en fibre de carbone.Cela dépend de l'application.Les fibres de carbone sont extrêmement conductrices et les fibres de verre sont isolantes.De nombreux produits utilisent de la fibre de verre au lieu de la fibre de carbone ou du métal car ils nécessitent une isolation rigoureuse.Dans la production d’utilitaires, de nombreux produits nécessitent l’utilisation de fibres de verre.
Utilisations du plastique renforcé de fibre de carbone
Les applications du polymère renforcé de fibres de carbone sont vastes, des pièces mécaniques aux matériaux militaires.
(1)comme emballage d'étanchéité
Le matériau PTFE renforcé de fibre de carbone peut être transformé en bagues d'étanchéité ou en garnitures résistantes à la corrosion, à l'usure et aux températures élevées.Lorsqu'elle est utilisée pour le scellement statique, la durée de vie est plus longue, plus de 10 fois plus longue que celle des emballages généraux en amiante immergés dans l'huile.Il peut maintenir les performances d'étanchéité sous des changements de charge et un refroidissement et un chauffage rapides.Et comme le matériau ne contient pas de substances corrosives, aucune corrosion par piqûre ne se produira sur le métal.
(2)comme pièces de meulage
Grâce à ses propriétés autolubrifiantes, il peut être utilisé comme roulements, engrenages et segments de piston à des fins spéciales.Tels que les roulements lubrifiés sans huile pour les instruments d'aviation et les magnétophones, les engrenages lubrifiés sans huile pour les locomotives diesel à transmission électrique (pour éviter les accidents causés par des fuites d'huile), les segments de piston lubrifiés sans huile sur les compresseurs, etc. également être utilisé comme paliers lisses ou joints dans les industries alimentaires et pharmaceutiques en profitant de ses caractéristiques non toxiques.
(3) Comme matériaux de structure pour l'aérospatiale, l'aviation et les missiles.Il a été utilisé pour la première fois dans la construction aéronautique pour réduire le poids de l’avion et améliorer l’efficacité du vol.Il est également utilisé dans les industries chimiques, pétrolières, électriques, de machines et autres comme joint dynamique rotatif ou alternatif ou divers matériaux de joint statique.
Zhengxi est un professionnelusine de presse hydraulique en Chine, fournissant une haute qualitépresse hydraulique compositepour former des produits CFRP.
Heure de publication : 25 mai 2023
