La fibre de carbone est l'un des matériaux les plus populaires choisis pour remplacer les métaux, le bois et les plastiques. Vous avez probablement vu des vidéos de fer liquide coulé à chaud d'un four dans un moule. Ou des granulés de plastique fondus extrudés dans le moule de sa forme bientôt refroidie. Il est relativement facile de comprendre le processus de fabrication de ces matériaux de construction de produits courants par rapport à la science requise pour fabriquer la fibre de carbone.
Les matières premières de la fibre de carbone :
Environ 90% de la fibre de carbone produite aujourd'hui est fabriquée à partir de polyacylonitrile (PAN), un polymère organique caractérisé par de longues chaînes de molécules liées entre elles par - tu l'as deviné – atomes de carbone. Au cours du processus de production, divers gaz et liquides sont utilisés pour provoquer une réaction avec la fibre. Vous pouvez également entendre le terme «précurseurs» utilisé pour décrire les matières premières. De nombreux processus et compositions exacts utilisés pour fabriquer différentes qualités et types de fibre de carbone sont considérés comme des secrets commerciaux.
Les 5 étapes de base de la fabrication de la fibre de carbone :
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- Filage - PAN est mélangé avec une variété d'ingrédients et filé en fibres qui sont ensuite lavées et étirées au diamètre de fibre souhaité. Cela fournit la base pour la formation des cristaux de carbone étroitement liés après la carbonisation.
- Stabilisation – Les fibres subissent une altération chimique pour stabiliser la liaison. Les réactions chimiques sont complexes et impliquent plusieurs étapes et une variété d'équipements.
- Carbonisation – Les fibres stabilisées sont chauffées à très haute température dans un four sans oxygène. Les atomes non carbonés sont expulsés et les atomes de carbone restants forment des cristaux de carbone étroitement liés qui s'alignent le long de l'axe de la fibre.
- Traitement de surface – La surface des fibres est ensuite oxydée pour améliorer les propriétés de collage avec les époxys. Ce processus doit être soigneusement contrôlé pour éviter la formation de minuscules défauts de surface qui pourraient provoquer une défaillance des fibres.
- Formats et Dimensions – Les fibres sont généralement enduites d'époxy ou de polyester, puis enroulées sur une bobine appelée bobine. Ensuite, les bobines sont chargées dans une machine à filer qui tord les fibres en fils de différentes tailles.
Prepeg est le nom donné aux composites qui ont été pré-imprégnés de résines époxydes activées contenant un élément durcissant. Le préimprégné est devenu un choix populaire pour les fabricants car il est facile à gérer, à manipuler et à mouler. Il peut être facilement coupé et posé avec précision dans des moules détaillés, ce qui est idéal pour les petites pièces complexes. La facilité et la précision de la découpe du préimprégné contribuent également à réduire les déchets et à améliorer l'efficacité.
La plupart des fibres de carbone préimprégnées sont fabriquées en rouleaux qui sont conservés au réfrigérateur pour préserver leur durée de vie. S'il est laissé à température ambiante pendant une période prolongée, le préimprégné deviendrait cassant et inutilisable. Le produit en fibre de carbone est moulé et ensaché, puis placé dans un autoclave sous haute pression et chaleur pour assurer un durcissement et un collage appropriés.
Résumé :
Avec 5 fois le rapport résistance/poids de l'acier, les avantages de la fibre de carbone sont nombreux et les applications illimitées. Pour voir comment un produit innovant est fabriqué à partir de fibre de carbone préimprégnée, jetez un oeil à cette vidéo.
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