Pourquoi la fibre de carbone est-elle un matériau unique ? Dans une cuisine carbone : Durabilité Réparation de tiges en fibre de verre.

La fibre de carbone est un matériau composite multicouche, qui est une toile de fibres de carbone dans une coque de résines polymères thermodurcissables (généralement époxy), polymère renforcé de fibres de carbone.

Le nom international Carbon est le carbone à partir duquel la fibre de carbone est obtenue.

Mais à l'heure actuelle, les fibres de carbone comprennent tout ce dont la base de support est constituée de fibres de carbone, mais le liant peut être différent. Carbone et fibre de carbone ont été regroupés en un seul terme, semant la confusion dans l'esprit des consommateurs. Autrement dit, le carbone ou la fibre de carbone sont la même chose.

Il s'agit d'un matériau innovant dont le coût élevé est dû au processus technologique à forte intensité de main-d'œuvre et à une part importante de travail manuel. À mesure que les processus de fabrication s’améliorent et deviennent automatisés, le prix du carbone diminuera. Par exemple : 1 kg d'acier coûte moins de 1 dollar, 1 kg de fibre de carbone fabriquée en Europe coûte environ 20 dollars. La réduction des coûts n’est possible que grâce à une automatisation complète du processus.

Application de carbone

La fibre de carbone a été initialement développée pour les voitures de sport et la technologie spatiale, mais en raison de ses excellentes propriétés de performance, telles que son faible poids et sa haute résistance, elle s'est répandue dans d'autres secteurs :

• dans la construction aéronautique,
• pour les équipements sportifs : clubs, casques, vélos.
• Cannes à pêche,
• matériel médical, etc.

La flexibilité du tissu en carbone, la possibilité de le découper et de le découper facilement, ainsi que son imprégnation ultérieure avec de la résine époxy, vous permettent de mouler des produits en carbone de toutes formes et tailles, y compris vous-même. Les flans obtenus peuvent être poncés, polis, peints et imprimés en flexographie.

Caractéristiques techniques et propriétés du carbone

La popularité du plastique en fibre de carbone s'explique par ses caractéristiques de performance uniques, obtenues en combinant des matériaux aux propriétés complètement différentes dans un seul composite - la fibre de carbone comme base porteuse et comme liant.

L'élément de renforcement commun à tous les types de fibres de carbone est constitué de fibres de carbone d'une épaisseur de 0,005 à 0,010 mm, qui fonctionnent bien en traction, mais ont une faible résistance à la flexion, c'est-à-dire qu'elles sont anisotropes, résistantes dans un seul sens, donc leur utilisation n'est justifié que sous la forme d'une toile.

De plus, le renforcement peut être réalisé avec du caoutchouc, ce qui donne une teinte grise à la fibre de carbone.

Le carbone ou fibre de carbone se caractérise par une résistance élevée, une résistance à l'usure, une rigidité et un faible poids par rapport à l'acier. Sa densité est de 1450 kg/m³ à 2000 kg/m³. Les caractéristiques techniques de la fibre de carbone se traduisent par des caractéristiques de densité, de point de fusion et de résistance.

Un autre élément utilisé pour le renforcement avec les fils de carbone est le . Ce sont les mêmes fils jaunes que l’on peut voir dans certains types de fibre de carbone. Certains fabricants peu scrupuleux font passer la fibre de verre colorée, la fibre de viscose teinte, la fibre de polyéthylène pour du Kevlar, dont l'adhérence aux résines est bien pire que celle de la fibre de carbone, et la résistance à la traction est plusieurs fois inférieure.

Kevlar est une marque américaine désignant une classe de polymères aramides liés aux polyamides et au lavsan. Ce nom est déjà devenu un nom commun pour toutes les fibres de cette classe. Le renforcement augmente la résistance aux charges de flexion, c'est pourquoi il est largement utilisé en combinaison avec la fibre de carbone.

Comment sont fabriquées les fibres de carbone ?

Les fibres constituées des filaments de carbone les plus fins sont obtenues par traitement thermique à l'air, c'est-à-dire oxydation, de filaments polymères ou organiques (polyacrylonitrile, phénolique, lignine, viscose) à une température de 250°C pendant 24 heures, c'est-à-dire pratiquement carbonisation eux. Voici à quoi ressemble un filament de carbone au microscope après carbonisation.

Après l'oxydation, une carbonisation se produit - en chauffant la fibre dans de l'azote ou de l'argon à des températures de 800 à 1 500 °C pour construire des structures similaires aux molécules de graphite.

Ensuite, la graphitisation (saturation en carbone) est réalisée dans le même environnement à une température de 1 300 à 3 000 °C. Ce processus peut être répété plusieurs fois, dépouillant la fibre de graphite de son azote, augmentant ainsi la concentration en carbone et la rendant plus résistante. Plus la température est élevée, plus la fibre est résistante. Ce traitement augmente la concentration en carbone dans la fibre à 99 %.

Types de fibres de carbone. Toile

Les fibres peuvent être courtes, coupées, leurappelé"agrafées", ou il peut y avoir des fils continus sur les bobines.Il peut s'agir d'étoupes, de fils, de mèches, qui sont ensuite utilisés pour fabriquer des tissus et des rubans tissés et non tissés. Parfois les fibres sont posées dans une matrice polymère sans entrelacement (UD).

Étant donné que les fibres fonctionnent bien en tension, mais mal en flexion et en compression, l'utilisation idéale de la fibre de carbone est de l'utiliser sous forme de tissu de carbone. Il est obtenu par différents types de tissages : chevrons, passe-partout, etc., qui portent les appellations internationales Plain, Twill, Satin. Parfois les fibres sont simplement interceptées en travers avec de gros points avant d'être remplies de résine. Les caractéristiques techniques correctes de la fibre et le type de tissage de la fibre de carbone sont très importants pour obtenir une fibre de carbone de haute qualité.

Les résines époxy sont le plus souvent utilisées comme base de support, dans laquelle le tissu est posé couche par couche, avec un changement de sens de tissage, pour répartir uniformément les propriétés mécaniques des fibres orientées. Le plus souvent, 1 mm d'épaisseur de feuille de carbone contient 3 à 4 couches.

Avantages et inconvénients de la fibre de carbone

Le prix plus élevé du carbone par rapport à la fibre de verre et à la fibre de verre s'explique par une technologie multi-étapes plus complexe et énergivore, des résines coûteuses et des équipements plus coûteux (autoclave). Mais la résistance et l’élasticité sont également supérieures, ainsi que de nombreux autres avantages indéniables :

• 40% plus léger que l'acier, 20% plus léger que l'aluminium (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
• le carbone fabriqué à partir de carbone et de Kevlar est légèrement plus lourd que le carbone et le caoutchouc, mais beaucoup plus résistant, et lors de l'impact, il se fissure, s'effrite, mais ne s'effondre pas en fragments,
• haute résistance à la chaleur : le carbone conserve sa forme et ses propriétés jusqu'à une température de 2000 ○C.
• a de bonnes propriétés d'amortissement des vibrations et une bonne capacité thermique,
• résistance à la corrosion,
• haute résistance à la traction et limite élastique élevée,
• esthétique et décoration.

Mais par rapport aux pièces en métal et en fibre de verre, les pièces en carbone présentent des inconvénients :

• sensibilité pour localiser les impacts,
• difficulté de restauration en cas d'éclats et de rayures,
• décoloration, décoloration sous l'influence du soleil, recouvert de vernis ou d'émail pour la protection,
• long processus de fabrication,
• aux endroits de contact avec le métal, la corrosion du métal commence, c'est pourquoi des inserts en fibre de verre sont fixés à ces endroits,
• Difficulté de recyclage et de réutilisation.

Comment est fabriqué le carbone

Il existe les principales méthodes suivantes pour fabriquer des produits en tissu de carbone.

1. Méthode de pressage ou « humide »

La toile est disposée dans un moule et imprégnée de résine époxy ou polyester. L'excès de résine est éliminé soit par formage sous vide, soit par pression. Le produit est éliminé après polymérisation de la résine. Ce processus peut se produire naturellement ou être accéléré par le chauffage. Généralement, ce processus aboutit à des feuilles de fibre de carbone.

2. Moulage

Un modèle du produit (matrice) est réalisé à partir de plâtre, d'albâtre et de mousse de polyuréthane, sur lequel est posé un tissu imprégné de résine. Lors du laminage avec des rouleaux, le composite est compacté et l'excès d'air est éliminé. Ensuite, soit une polymérisation et un durcissement accélérés sont effectués au four, soit naturellement. Cette méthode est dite « sèche » et les produits fabriqués à partir de celle-ci sont plus résistants et plus légers que ceux fabriqués par la méthode « humide ». La surface d'un produit fabriqué par la méthode « sèche » est nervurée (s'il n'est pas verni).

Cette catégorie comprend également le moulage à partir d'ébauches de feuilles - préimprégnés.

En fonction de leur capacité à polymériser avec l'augmentation de la température, les résines sont divisées en « froides » et « chaudes ». Ces derniers sont utilisés dans la technologie des préimprégnés, lorsque des produits semi-finis sont réalisés sous la forme de plusieurs couches de fibre de carbone recouvertes de résine. Selon la marque de résine, elles peuvent être conservées jusqu'à plusieurs semaines à l'état non polymérisé, recouvertes d'un film plastique et passées entre des rouleaux pour éliminer les bulles d'air et l'excès de résine. Parfois, les préimprégnés sont conservés au réfrigérateur. Avant de mouler le produit, la pièce est chauffée et la résine redevient liquide.

3. Enroulement

Fil, ruban, tissu sont enroulés sur une ébauche cylindrique pour la fabrication de tuyaux en carbone. La résine est appliquée couche par couche au pinceau ou au rouleau et séchée principalement au four.

Dans tous les cas, la surface d'application est lubrifiée avec des agents démoulants pour faciliter le retrait du produit obtenu après durcissement.

Fibre de carbone bricolage

Les produits à base de fibre de carbone peuvent être moulés vous-même, ce qui est utilisé depuis longtemps avec succès dans la réparation de vélos, d'équipements sportifs et de tuning automobile. La possibilité d'expérimenter avec des charges de résine et le degré de sa transparence offre un large champ de créativité aux fans du réglage automatique en fibre de carbone. Vous pouvez en savoir plus sur les principales méthodes de fabrication des pièces en carbone.

Comme il ressort de la technologie décrite ci-dessus, pour le moulage, il faut :

• forme matricielle,
• feuille de carbone,
• lubrifiant de moule pour un retrait facile de la pièce finie,
• résine.

Où puis-je me procurer de la fibre de carbone ? Taïwan, Chine, Russie. Mais en Russie, il s’agit de « tissus structurels à haute résistance à base de fibre de carbone ». Si vous parvenez à entrer dans l’entreprise, vous avez beaucoup de chance. De nombreuses entreprises proposent des kits de garnitures en fibre de carbone prêts à l'emploi pour les voitures et les motos, comprenant des fragments de fibre de carbone et de la résine.

70% du marché mondial des tissus carbone est produit par de grandes marques taïwanaises et japonaises : Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec, etc.

En termes généraux, le processus de fabrication de la fibre de carbone de vos propres mains ressemble à ceci :

1. Le formulaire est lubrifié avec un anti-adhésif.
2. Après séchage, une fine couche de résine est appliquée sur laquelle la fibre de carbone est enroulée ou pressée pour libérer les bulles d'air.
3. Ensuite, une autre couche de résine d'imprégnation est appliquée. Plusieurs couches de tissu et de résine peuvent être appliquées, en fonction des paramètres requis du produit.
4. La résine peut polymériser à l'air. Cela se produit généralement dans les 5 jours. Vous pouvez placer la pièce dans une armoire chauffante chauffée à une température de 140 à 180 ◦C, ce qui accélérera considérablement le processus de polymérisation.

Ensuite, le produit est démoulé, poncé, poli, verni, gelcoaté ou peint.

Nous espérons que vous avez trouvé une réponse complète à la question « Qu’est-ce que le carbone » ?

Irina Khimich, consultante technique

Les industries avancées et la construction ont récemment maîtrisé de nombreuses technologies fondamentalement nouvelles, dont la plupart sont associées à des matériaux innovants. Un utilisateur ordinaire pourrait remarquer la manifestation de ce processus dans l'exemple des matériaux de construction incluant des composites. Dans l'industrie automobile également, des éléments en carbone sont introduits pour améliorer les performances des voitures de sport. Et ce ne sont pas tous les domaines dans lesquels les plastiques renforcés de fibres de carbone sont utilisés. La base de ce composant est constituée de fibres de carbone, dont une photo est présentée ci-dessous. En fait, le caractère unique et la diffusion active des composites de nouvelle génération résident dans leurs qualités techniques et physiques inégalées.

Technologie de réception

Pour produire le matériau, des matières premières d'origine naturelle ou biologique sont utilisées. De plus, grâce à un traitement spécial, seuls des atomes de carbone restent de la pièce d'origine. La principale force d’influence est la température. Le processus technologique implique la réalisation de plusieurs étapes de traitement thermique. Dans un premier temps, l'oxydation de la structure primaire se produit dans des conditions de température allant jusqu'à 250 °C. À l'étape suivante, la production de fibres de carbone passe à la procédure de carbonisation, à la suite de laquelle le matériau est chauffé dans un environnement azoté à des températures élevées pouvant atteindre 1 500 °C. De cette façon, une structure semblable à du graphite se forme. L'ensemble du processus de fabrication est complété par un traitement final sous forme de graphitisation à 3000 °C. A ce stade, la teneur en carbone pur des fibres atteint 99 %.

Où est utilisée la fibre de carbone ?

Si dans les premières années de vulgarisation, le matériau était utilisé exclusivement dans des domaines hautement spécialisés, on assiste aujourd'hui à une expansion de la production dans laquelle cette fibre chimique est utilisée. Le matériau est assez plastique et hétérogène en termes de capacités d'exploitation. Il est fort probable que les domaines d'application de ces fibres s'élargiront, mais les principaux types de présentation du matériau sur le marché ont déjà pris forme. On peut notamment citer l'industrie du bâtiment, la médecine, la fabrication de matériel électrique, d'électroménager, etc. Quant aux domaines spécialisés, l'utilisation des fibres de carbone est toujours d'actualité pour les constructeurs d'avions, d'électrodes médicales et

Formes de fabrication

Il s'agit tout d'abord de produits textiles résistants à la chaleur, parmi lesquels on peut souligner les tissus, les fils, les tricots, le feutre, etc. Une direction plus technologique est la production de composites. Il s’agit peut-être du segment le plus large dans lequel la fibre de carbone est présentée comme base de produits destinés à la production de masse. Il s'agit notamment de roulements, de composants résistants à la chaleur, de pièces et d'éléments divers fonctionnant dans des environnements agressifs. Les composites sont principalement destinés au marché automobile, mais le secteur de la construction est également disposé à considérer les nouvelles propositions des fabricants de cette fibre chimique.

Propriétés matérielles

Les spécificités de la technologie d'obtention du matériau ont marqué les performances des fibres. En conséquence, une résistance thermique élevée est devenue la principale caractéristique distinctive de la structure de ces produits. Outre les effets thermiques, le matériau résiste également aux environnements chimiques agressifs. Certes, si de l'oxygène est présent pendant le processus d'oxydation lorsqu'il est chauffé, cela a un effet néfaste sur les fibres. Mais la résistance mécanique de la fibre de carbone peut rivaliser avec celle de nombreux matériaux traditionnels considérés comme solides et résistants aux dommages. Cette qualité est particulièrement prononcée dans les produits carbonés. Une autre propriété recherchée par les technologues de divers produits est la capacité d'absorption. Grâce à sa surface active, cette fibre peut être considérée comme un système catalytique efficace.

Fabricants

Les leaders du segment sont des entreprises américaines, japonaises et allemandes. Les technologies russes dans ce domaine ne se sont pratiquement pas développées ces dernières années et reposent encore sur les développements de l’époque de l’URSS. Aujourd’hui, la moitié des fibres produites dans le monde sont produites par les sociétés japonaises Mitsubishi, Kureha, Teijin, etc. L’autre partie est partagée par les Allemands et les Américains. Ainsi, du côté américain, Cytec agit, et en Allemagne, la fibre de carbone est produite par SGL. Il n'y a pas si longtemps, la société taïwanaise Formosa Plastics figurait sur la liste des leaders dans ce domaine. Quant à la production nationale, seules deux sociétés sont engagées dans le développement de composites : Argon et Khimvolokno. Dans le même temps, des progrès importants ont été réalisés ces dernières années par des entrepreneurs biélorusses et ukrainiens qui explorent de nouveaux créneaux pour l'utilisation commerciale des plastiques renforcés de fibres de carbone.

L'avenir des fibres de carbone

Étant donné que certains types de plastiques renforcés de fibres de carbone permettront dans un avenir proche de fabriquer des produits capables de conserver leur structure d'origine pendant des millions d'années, de nombreux experts prédisent une surproduction de ces produits. Malgré cela, les entreprises intéressées continuent de se lancer dans une course aux améliorations technologiques. Et cela est justifié à bien des égards, puisque les propriétés des fibres de carbone sont d'un ordre de grandeur supérieures à celles des matériaux traditionnels. Il suffit de rappeler la solidité et la résistance à la chaleur. Sur la base de ces avantages, les développeurs explorent de nouveaux domaines de développement. L'introduction du matériel couvrira très probablement non seulement des domaines spécialisés, mais également des domaines proches du consommateur de masse. Par exemple, les éléments conventionnels en plastique, en aluminium et en bois peuvent être remplacés par de la fibre de carbone, qui surpassera les matériaux conventionnels dans un certain nombre de qualités de performance.

Conclusion

De nombreux facteurs entravent l’utilisation généralisée de fibres chimiques innovantes. L’un des plus importants est le coût élevé. Étant donné que la production de la fibre de carbone nécessite l’utilisation d’équipements de haute technologie, toutes les entreprises ne peuvent pas se permettre de la produire. Mais ce n’est pas le plus important. Le fait est que dans tous les domaines, les fabricants ne sont pas intéressés par des changements aussi radicaux dans la qualité des produits. Ainsi, tout en augmentant la durabilité d’un élément d’infrastructure, un fabricant ne peut pas toujours effectuer une mise à niveau similaire sur les composants adjacents. Il en résulte un déséquilibre qui annule tous les acquis des nouvelles technologies.

Le XXIe siècle regorge d’innovations, et le secteur de la construction ne fait pas exception.

L'un des matériaux les plus récents et de plus en plus populaires - la fibre de carbone - a pris la place qui lui revient, remplaçant partiellement la fibre de verre et les matériaux de renforcement similaires.

Tissu carbone : caractéristiques et caractéristiques

À proprement parler, la fibre de carbone n’est pas une invention de ce siècle. Il est utilisé depuis longtemps dans la production d'avions et de fusées, mais le citoyen moyen connaît ce matériau sous la forme de cannes à pêche en fibre de carbone et en Kevlar. Après avoir traversé une longue étape de maîtrise et d’amélioration de la technologie, l’industrie est enfin prête à fournir du tissu de carbone à d’autres industries, notamment la construction.

La principale caractéristique des fibres de carbone est leur résistance spécifique élevée à la traction par rapport à leur propre poids. Les produits renforcés de fibre de carbone conservent la résistance à la traction la plus élevée connue, tandis qu'en termes de consommation de matériaux et de poids total, ils sont beaucoup plus rentables que l'acier, ce qui est courant aujourd'hui.

Dans sa forme originale, la fibre de carbone est une fine microfibre qui peut être tissée en fils, qui à leur tour peuvent être tissés en toile de n'importe quelle taille. Grâce à l'orientation correcte des molécules et à leur forte connexion, une telle résistance élevée est obtenue. Sinon, les fibres servent simplement de renfort pour tout type de remblai structurel, des résines époxy au béton.

L’une des caractéristiques les plus marquantes de la fibre de carbone est sa grande capacité de sorption. L'avantage de l'utilisation de la fibre de carbone pour renforcer les éléments de finition intérieure est que le carbone ne permet pas aux impuretés naturelles, aux colorants ou aux solvants de pénétrer dans l'air ambiant des locaux résidentiels. Dans le même temps, les processus de sorption se produisent de manière absolument inoffensive pour la fibre elle-même.

Avantages d'utilisation

De manière générale, deux propriétés de la fibre de carbone sont intéressantes pour la construction. Le premier - le renforcement structurel polyvalent - est utilisé pour conférer au matériau une dureté et une résistance à la compression accrues. La structure est renforcée avec des fibres de 5 à 10 microns d'épaisseur avec différentes longueurs de fibres. Il est logique de renforcer structurellement les surfaces de finition et les structures porteuses des bâtiments.

Le deuxième objectif des fibres de carbone dans l'industrie de la construction - le renforcement intégré - est réalisé par des fibres primaires traitées en plus, qui prennent la forme de toiles, de mèches, de fils, de cordes et de tiges renforcées de résines polymères. Dans ce cas, la fibre de carbone ne renforce pas la charge elle-même dans son ensemble, mais lui sert de base fiable et résistante à la déchirure.

Mais quels sont les avantages des fibres de carbone, et pourquoi faut-il les préférer à des matériaux moins exotiques ? Commençons par le fait qu'en termes de propriétés physiques et chimiques, le concurrent le plus proche de la fibre de carbone est la fibre de verre, assez répandue sous forme de fibre de verre pour les travaux de plâtrerie intérieure. Cependant, le verre a une résistance à la traction bien inférieure et est plus lourd, tandis que le polymère de carbone est non seulement résistant, mais adhère également beaucoup mieux au matériau solide environnant en raison de sa forte adhérence intrinsèque.

Le revêtement et la structure ainsi renforcés se caractérisent également par une résistance accrue au cisaillement et à la torsion, ce qui a toujours constitué un problème important pour l'acier, le verre et d'autres matériaux synthétiques.

Toutefois, cela n’est pas sans complications. En particulier, lors de la finition intérieure des bâtiments, la question de la sécurité incendie de la fibre de carbone se pose. En présence d'oxygène, il brûle déjà à des températures d'environ 350 à 400 °C, mais étant « conservé » dans un environnement sans air, le carbone conserve ses propriétés même lorsqu'il est chauffé au-dessus de 1 700 °C. Une résistance thermique plus élevée est garantie par la fibre et ses dérivés recouverts de divers types de carbures - cela doit être pris en compte lors du choix d'un matériau pour les travaux de finition.

Application dans les travaux de finition

Une large gamme de matériaux de finition décoratifs nécessitent une base absolument insensible aux fissures. Cela comprend la peinture acrylique, les revêtements de sol en polymère, le plâtre vénitien et d'autres compositions fines et fragiles.

Si ce problème n'est pas particulièrement aigu pour les faux murs en plaques de plâtre, alors d'autres matériaux nécessitent une approche particulière en raison d'une dilatation linéaire plus prononcée. Prenons par exemple le renforcement et l’isolation des joints d’un revêtement monocouche en OSB. Presque n'importe quel mastic ou colle s'effritera directement à l'intérieur de la couture en un an ou deux.

Ces joints doivent être remplis de colle polymère durable, puis recouvrir les bords adjacents de 25 à 30 mm avec un ruban de fins fils de carbone et recouvrir à nouveau d'une couche de mastic, en lissant soigneusement le joint avec une spatule.

Dans la plupart des cas, un tel traitement ne nécessite pas de nivellement ultérieur de la surface. Le revêtement assume une résistance monolithique et les contraintes structurelles excessives qui en résultent sont entièrement compensées par les propriétés de l'OSB.

Un principe similaire peut être appliqué lors de la finition du nivellement des murs en plâtre avec du mastic acrylique. Dans ce cas, la fibre de carbone est le leader incontesté en matière de résistance aux chocs et à la fissuration. L'installation s'effectue par analogie avec la fibre de verre :

1. Tout d’abord, une fine couche continue de la surface.
2. Puis posez la toile et lissez-la.
3. Après quoi, vous pouvez immédiatement commencer l'alignement final.

La toile ne se manifeste en aucune façon sur l’aspect de la surface finie, ni avant ni après le séchage de la composition.

Utiliser de la fibre de carbone

L'augmentation de la résistance des éléments porteurs des bâtiments, coulés sur place ou en usine, est possible en ajoutant de la fibre de carbone à la composition de charge liquide. La fibre de carbone peut déjà être achetée en assez grandes quantités, ce qui réduira l'épaisseur des murs, colonnes et autres éléments d'une structure en béton soumis à des charges de compression axiales verticales. De ce fait, beaucoup d'espace est libéré pour l'isolation structurelle ou l'isolation des structures.

Ce matériau sera particulièrement intéressant pour les amateurs de fondations sur pieux grillagés, où le travail du fil de carbone est totalement visuel. Une colonne qui maintient une résistance à la compression de 12 à 15 tonnes, en tenant compte de toutes les marges de sécurité recommandées, a une épaisseur d'environ 80 mm. Il n'y a que deux fils de renfort polymère à l'intérieur, et des brins de mèches de carbone sont posés sur les deux autres côtés.

Quelle quantité de fibre de carbone est nécessaire pour renforcer le béton ? Pas du tout, seulement 0,05 à 0,12 % de la masse des produits finis en béton. La concentration peut être plus élevée s'il s'agit, par exemple, d'ouvrages hydrauliques ou de fermes de plancher en béton.

Systèmes de renfort externes

La structure, renforcée de fibre de carbone, est si solide qu'elle peut même être utilisée comme renfort de ceinture pour des éléments de structures fortement chargés. De la construction de logements de grande hauteur aux structures à ossature préfabriquées, la ceinture de renfort externe offre une résistance sans précédent aux surcharges opérationnelles.

L'essentiel est que le noyau de l'élément lui-même, contenant des armatures encastrées, est coulé comme d'habitude, mais avec une couche protectrice minimale de béton sur les côtés. Après avoir retiré le coffrage, le produit, qu'il s'agisse d'une colonne ou d'une ceinture de renfort, est enveloppé d'une couche de tissu de carbone ou de fil épais, puis rempli de béton de sable contenant des fibres. Cette approche élimine le besoin d’utiliser du béton de granit lourd tout en héritant pleinement de ses caractéristiques de résistance. De plus, même une couche minime de béton renforcé de carbone réduit considérablement la corrosion des armatures encastrées.

Un cas particulier de renforcement externe peut être appelé collage de joints avec des rabats ou du ruban en fibre de carbone, en tissu de carbone accompagné d'une imprégnation de résines époxy. Une telle connexion démontre une résistance trois fois supérieure à celle d'une connexion conventionnelle, ce qui est inestimable pour les systèmes de chevrons et en particulier pour la fixation des fermes au Mauerlat.

Matériaux en carbone et matériaux en fibres carbonisées. Tissus structurels en carbone 3k, 6k, 12k, 24k, 48k, fabrication et fourniture. Tissus isolants en carbone. pour la protection thermique de divers équipements, notamment les écrans et rideaux de protection. Rubans de carbone, y compris les rubans de carbone en aluminium. Cordons tressés en carbone résistants à la chaleur. Filaments de carbone, production et approvisionnement.

Informations générales sur la fibre de carbone

De nombreuses fibres polymères conviennent à la production de fibres de carbone. Les entreprises du groupe IFI Technical Production utilisent la fibre de polyacrylonitrile (PAN) pour produire des fibres de carbone. Dans cette section du site, nous ne considérerons que deux types de fibres de carbone et les produits fabriqués à partir de celles-ci. Nous ne considérons pas les fibres graphitées, puisque ces produits font l'objet d'une section distincte sur notre site Internet.
Ainsi, selon les caractéristiques physiques, la fibre de carbone est divisée en fibres de carbone (carbone) à haute résistance et en fibres de carbone à usage général (carbonisées).

Les deux types de fils ont un aspect très différent. Sur la photo de droite, sous le numéro 1, le fil est fabriqué à partir de fibre de carbone haute ténacité 12k, c'est-à-dire un fil composé de 12 000 filaments continus. Numéroté 2, fil carbonisé pour usage général. Il s'agit d'un fil carbonisé torsadé composé de deux fibres ou plus d'une longueur de 25 mm à 100 mm.

Il s'agit d'un fil de carbone (carbonisé) à usage général utilisé pour la production de garnitures d'étanchéité en carbone.

Fibres de carbone carbonisées

La fibre carbonisée est produite en deux étapes principales :

1. La fibre PAN est oxydée à une température de +150°C ~ +300°C.

2. La fibre PAN oxydée est carbonisée dans un environnement d'azote à une température de +1 000 °C ~ +1 500 °C.

La fibre carbonisée à usage général est principalement utilisée pour fabriquer des produits d’isolation thermique et des produits tels que des tissus, des rubans et des cordons. Les tissus carbonisés sont utilisés pour l'isolation à haute température. C'est une excellente protection thermique dans diverses applications industrielles. Le tissu carbonisé est utilisé comme matériau de rembourrage ou comme enroulement pour les éléments structurels, les pipelines, etc. Le tissu carbonisé est utilisé sous forme d’écrans et de rideaux de protection. Les produits en fibre carbonisée fonctionnent à des températures de -100°C à +450°C.

Les tissus carbonisés sont un excellent substitut moderne aux tissus en fibre de verre. Contrairement aux produits en fibre de verre, le tissu carbonisé ne provoque pas d'irritation de la membrane muqueuse, ne provoque pas de démangeaisons de la peau, le tissu carbonisé, les cordons, les rubans sont totalement inoffensifs pour l'homme. La teneur en carbone des fibres carbonisées peut atteindre 90 %. Les fibres carbonisées ont une bonne résistance chimique, elles sont fonctionnelles dans presque tous les environnements, à l'exception des acides très concentrés, notamment : nitrique (Nitric), orthophosphorique (Orthophosphoric), sulfurique (Sulfuric), sulfureux (Sulfurous), chlorhydrique (Hydrochloric), oxalique ( Oxalique) ) et dans d'autres environnements dont la valeur du pH est inférieure à 2, c'est-à-dire pH

Fibres de carbone

Pour obtenir des fibres de carbone à haut module, les fibres carbonisées sont soumises à un traitement thermique à une température d'environ +2 500°C. La fibre de carbone est utilisée pour produire un fil spécial de résistance accrue, utilisé pour la production d'articles et de produits spéciaux. L'une des principales valeurs caractérisant le fil de carbone (carbone) est le coefficient k, qui exprime le nombre de fibres continues élémentaires dans le fil. 1k=1000 fibres. Les fibres les plus courantes sont 1k, 3k, 6k, 12, 24k et 48k. Le coefficient k est utilisé pour désigner uniquement les fibres de carbone ; les propriétés et caractéristiques des fibres carbonisées à usage général sont décrites par d'autres paramètres.

L’un des principaux produits fabriqués à partir de fibre de carbone à haut module est le tissu structurel en carbone. Les tissus de carbone (carbone) sont utilisés pour renforcer les matériaux composites dans la production de plastiques renforcés de fibres de carbone. Les plastiques en fibre de carbone à base de résines et de tissus de carbone sont très résistants à la corrosion et à divers types de déformations, permettant la réalisation de produits très complexes avec un coefficient de dilatation linéaire pratiquement nul. Les plastiques renforcés de fibres de carbone réduisent le poids de la structure de 30 % en moyenne. De plus, la fibre de carbone est un matériau conducteur.
Outre les tissus, des rubans spéciaux, des cordons, du papier et d'autres produits destinés à de nombreuses industries sont fabriqués à partir de fibres de carbone à haut module.

Tissu en carbone carbonisé RK-300

Le tissu en carbone carbonisé RK-300 est utilisé comme isolant haute température. C'est une excellente protection thermique dans de nombreuses applications industrielles et peut être utilisé comme matériau de rembourrage ou comme enroulement, ainsi que sous forme d'écrans et de rideaux de protection.

Le tissu carbonisé RK-300 est un substitut moderne à la fibre de verre et à d'autres tissus calorifuges, y compris l'amiante. Contrairement à la fibre de verre, le tissu carbonisé n'irrite pas les muqueuses des voies respiratoires et ne provoque pas de démangeaisons cutanées. Comparé au tissu en amiante, le tissu carbonisé RK-300 est totalement sans danger pour l'homme ; en outre, il a une durée de vie incomparablement plus longue, une excellente résistance chimique et la possibilité d'une utilisation répétée grâce à ses propriétés uniques.

Possibilités :

Largeur de lame : 1000 mm

Épaisseur : 1,6 mm ~ 5,0 mm

Densité : 520~560 g/m²

Armure : unie

Attention: Chers collègues, chers partenaires ! Tous les produits et produits en fibre de carbone carbonisée peuvent être fabriqués à partir de fibre de carbone à haute résistance et à module élevé. De plus, sur demande, il est possible de produire un tissu d'isolation thermique RK-300 à partir de fibre de carbone à haut module - tissu RK-300H. Paramètres du tissu en fibre de carbone RK-300H. Largeur de lame : 1 000 mm ~ 1 500 mm ; Épaisseur : 1,0 mm ~ 6,0 mm ; Densité : g/m² ? en fonction de l'épaisseur ; Température de fonctionnement : -100°С +1200°С

Tissu en carbone carbonisé avec revêtement en aluminium sur un seul côté RK-300AF

Le tissu carbonisé en carbone RK-300AF est une isolation thermique industrielle moderne et très fiable. Un excellent substitut aux tissus en fibre de verre et en amiante. Contrairement aux tissus en fibre de verre et en amiante, le tissu carbonisé est totalement inoffensif.

L'application unilatérale d'aluminium sur le tissu carbonisé lui confère des propriétés d'isolation thermique encore meilleures. La couche d'aluminium sur le tissu est un écran thermique qui reflète les températures élevées si le tissu est utilisé comme rideau thermique. Dans le même temps, lors de l'utilisation du RK-300AF comme matériau d'isolation thermique des enroulements, la couche d'aluminium assure le maintien d'une température stable à l'intérieur du système isolé.

Possibilités :

Largeur de lame : 1000 mm

Épaisseur : 1,6 mm ~ 5,0 mm

Densité : 520~560gsm ?

Température de fonctionnement : -100°С +450°С

Armure : unie

Attention: Textile RK-300HAF

Ruban de carbone carbonisé

Les rubans d'isolation thermique en fibre de carbone carbonisée constituent un excellent remplacement moderne des rubans d'amiante et des rubans de verre. Les rubans en carbone sont nettement supérieurs aux rubans en amiante et aux rubans en fibre de verre en termes de propriétés physiques et mécaniques, et ont également une plus large gamme de résistance chimique. De plus, les rubans carbonisés sont totalement sans danger pour l'homme et respectueux de l'environnement. Les rubans carbonisés au carbone sont utilisés pour l'isolation thermique des goulottes de câbles, des éléments d'instruments et de machines, des canalisations et autres systèmes et équipements fonctionnant à des températures allant jusqu'à +450°C.

Nous produisons 2 types de rubans en carbone carbonisé :

Le ruban RK-300T est un ruban de carbone carbonisé sans revêtement.

Le ruban RK-300TAF est un ruban de carbone carbonisé avec une fine couche d'aluminium appliquée sur un côté.

Possibilités :

• Largeur de lame : 5,0 mm ~ 1000 mm
• Épaisseur : 1,6 mm ~ 5,0 mm
• Densité : 520~560gsm ?
• Température de fonctionnement : -100°С +450°С
• Armure : unie

Rubans RK-300THAF et RK-300TH fabriqué en fibre de carbone à haute résistance et à haut module. Température de fonctionnement : -100°C +1200°C.

Cordon de carbone tressé RK-300RS

Les cordes de carbone sont fabriquées à la fois à partir de fibre de carbone carbonisée à usage général et de fibre de carbone à haut module. Les cordons sont fabriqués avec des sections rondes et carrées selon la méthode de tissage. Les cordes de carbone peuvent être fabriquées en utilisant la méthode de tressage traversant, ainsi qu'en utilisant un tressage à âme monocouche ou multicouche. Dans la production de cordes, pour obtenir les propriétés requises du produit final, avec le fil de carbone, d'autres types de fils peuvent être utilisés, notamment les fils de céramique, d'aramide et de fibre de verre.

Les cordons de carbone sont utilisés comme joints ignifuges, résistants à la chaleur et résistants à la chaleur dans de nombreuses applications industrielles. Les cordes en carbone sont nettement supérieures aux produits similaires fabriqués à partir d'autres types de fibres dans presque tous les indicateurs physiques, mécaniques et techniques ; de plus, les cordes en fibre de carbone à haut module sont complètement inertes chimiquement, leur indice de pH acide est de l'ordre de 0. ~14, ce qui permet leur utilisation dans des environnements acides et alcalins concentrés.

Aussi, contrairement aux cordons en fibre de verre, qui émettent de fines poussières de verre qui irritent les muqueuses des yeux, des sinus, du palais et provoquent des démangeaisons de la peau, les cordons en carbone sont totalement inoffensifs. La charge de rupture des cordes en fibre de carbone à haut module est de loin la meilleure.

Les câbles en carbone servent également de base à la production de garnitures d'étanchéité aux propriétés uniques destinées à être utilisées dans presque tous les types d'industries.

Possibilités :

• Température de fonctionnement : +280°C~+1200°C
• Tailles de section : O4 mm ~ O50,0 mm et 4,0 mm x 4,0 mm à 70,0 mm x 70,0 mm

Tissus de construction en carbone

Les tissus structurels en carbone sont fabriqués à partir de fils de fibres de carbone à haut module. Dans la production de tissus de construction en carbone, on utilise des fils avec un coefficient de 1k, 3k, 6k, 12, 24k et 48k, où k est le nombre de fibres continues élémentaires dans le fil. 1k=1000 fibres.

Le principal domaine d'application des tissus en fibre de carbone à haut module est celui de couche de renforcement dans la production de matériaux composites de protection thermique et chimiquement résistants, ainsi que de charges dans la production de plastiques en fibre de carbone.

Les tissus en fibre de carbone sont constitués de différents types de tissage, en fonction de leur objectif d'utilisation ultérieur. Il existe trois principaux types de tissage de tissus en carbone :

• Le tissage le plus courant est le tissage toile, il est décrit ainsi : 1/1. En tissage toile, chaque fil de chaîne est entrelacé avec un fil de trame, l'un après l'autre. Ce type de tissage offre la meilleure résistance au tissu.
• Tissu tissé satiné. Cette méthode de tissage est décrite comme suit : 4/1, 5/1 - 1 fil de trame chevauche 4, 5 fils de chaîne. Les tissus fabriqués selon la méthode de tissage satiné sont les moins durables, ils sont donc très denses. Étant donné que les fils de chaîne et de trame se plient rarement dans le tissage satiné, la surface de ces tissus est uniforme et lisse.
• Méthode de tissage sergé ou sergé. Ce type de tissage est décrit ainsi : 2/1, 2/2, 3/1, 3/2... - le nombre de fils de chaîne couvert par le nombre de fils de trame. Le tissage sergé est visuellement facilement identifiable grâce aux rayures obliques sur la surface du tissu.

Le tableau ci-dessous présente les principales caractéristiques des tissus de carbone standards. La fibre de carbone de ces tissus est dérivée de fibres de polyacrylonitrile (PAN).

Marque de tissu	La teneur en carbone	Module élastique E, GPa	Allongement, %	Densité linéaire, g/1000m	Densité, g/cm ?
RK-301	98,5	3800	210	1,5	100	1,76
RK-303	98,5	3900	215	1,6	187	1,76
RK-306	98,5	3600	206	1,5	360	1,76
RK-312	98,5	3400	209	1,6	729	1,76

E- Module d'Young ou module d'élasticité - coefficient caractérisant la résistance d'un matériau à la traction et à la compression lors de la déformation élastique. Pour plus de clarté, ajoutons que le module d'élasticité E pour l'acier est de 195 GPa à 205 GPa, et pour la fibre de verre de 95 GPa à 100 GPa. Le module élastique de la fibre de carbone graphitisée peut atteindre 677 GPa, tandis que le fil de tungstène a un coefficient E de 420 GPa.

Paramètres des tissus structurels standard en fibre de carbone :

• Largeur : 1000 mm ~ 2000 mm. La largeur maximale sur demande est de 2000 mm.
• Épaisseur : 0,25 mm ~ 3,0 mm
• Densité : 100 g/m² ?~640 g/m² ?
• Largeur de lame : 1000 mm
• Température : jusqu'à +1200°С
• Teneur en carbone : >98,5 %

Il est possible de produire des tissus en fibre de carbone avec des paramètres non standards.

Longueur d'enroulement par rouleau - sur demande. Le tissu est emballé dans du film et des boîtes en carton.

Marques de tissus carbone et leur désignation

Tous les tissus de carbone produits par les entreprises du holding IFI Technical Production portent dans leur nom les lettres RK, désignant la marque du fabricant RK™ et l'indice 300. Par exemple, le tissu de construction en carbone carbone fabriqué à partir de fil 6k, c'est-à-dire à partir de fil contenant 6000 fibres continues, porte la désignation RK-306. Tissu de carbone fabriqué à partir de fil 3k ou 12k, respectivement RK-303 et RK-312.

Demande de fourniture de tissus en carbone

Chers collègues! Vous pouvez acheter des tissus en carbone de la manière qui vous convient. Nous proposons les options suivantes :

• Achat de produits directement à l'usine en Chine. Vous concluez un contrat direct avec l’usine et travaillez de manière indépendante. Pour ce faire, vous devez envoyer une demande à l'adresse suivante : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer Javascript pour la voir. Nous vous enverrons les coordonnées, y compris le numéro de téléphone et l'adresse e-mail de l'employé de l'usine responsable de l'exportation.
• Achat de produits via le bureau de représentation russe du holding IFI Technical Production, via la société Rus-Kit. La transaction est réalisée dans le cadre d'un contrat de fourniture conclu entre votre organisation et la société Rus-Kit. Dans ce cas, Rus-Kit prend en charge toutes les questions liées à l'organisation de la livraison et au dédouanement des marchandises. Pour ce faire, vous devez également envoyer une demande à l'adresse e-mail : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir.

Chers collègues, chers partenaires ! : Pour toutes questions qui vous intéressent, concernant les tissus carbone carbone, ainsi que d'autres produits en fibre de carbone, veuillez nous contacter par email. Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Pour la consulter, vous doit avoir Javascript activé Pour les demandes en anglais ou en chinois, veuillez utiliser l'adresse e-mail Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs, vous devez avoir Javascript activé pour la voir

Actuellement, un grand nombre de fibres de carbone, variées en termes d'usage, de composition et de propriétés, ont été développées et industrialisées. L'assortiment de marque est basé principalement sur le type de fibre initiale lors de l'obtention du carbone, la pureté des matières premières, la technologie de traitement des fibres initiales, la température de traitement final (qui détermine la perfection de la structure du carbone et ses propriétés), la texture requise des formes industrielles de carbone et leur destination. L'assortiment de fibres de carbone est assez large et varié, qui est déterminé par le type et la composition de la matière première, sa capacité à subir des transformations thermiques lorsqu'elle est chauffée et les conditions (régimes, environnement ) pour réaliser des transformations thermiques lors de la production de fibres de carbone. À partir de fibres de carbone élémentaires, on obtient diverses formes textiles qui sont utilisées comme matériaux en fibres de carbone (CFM) comme composants pour la production de matériaux composites ou comme matériaux indépendants (produits). La gamme de marques de matériaux en fibre de carbone est déterminée principalement par le but et la nécessité de ce type de matériau pour les produits de technologie moderne. En règle générale, les entreprises produisant des fibres de carbone se spécialisent dans la production de plusieurs types de matériaux en fibre de carbone, mais sur un seul type de matière première. Par exemple, les sociétés Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (USA) produisent du CFM à base de fibres PAN ; Tore, Toho Besoon, Nihon Kabon, Asahi Nihon Kabon faiba, Mitsubishi Reyon, Sumitomo Kagaku (Japon). La société Union Carbite produit des CFM à base de PAN, GC et pitchs. Le CFM basé sur des pitchs conventionnels est produit par Kureha Kagaku (Japon), Courtlands (Grande-Bretagne) et Serofim (France).

Propriétés des fibres de carbone

Les propriétés des plastiques renforcés de fibres de carbone dépendent des propriétés des fibres de carbone, elles-mêmes déterminées par les conditions de pyrolyse des fibres organiques (hydrate de cellulose, polyacrylonitrile, fibres issues de brais mésophase) actuellement utilisées comme matières premières pour la fabrication de fibres de carbone. .

Propriétés mécaniques. Le module d'élasticité en traction (le long des fibres) des fibres de carbone à haute résistance de haute qualité (à base de PAN) est de 200 à 250 GPa, du type à haut module (à base de PAN) - environ 400 GPa et des fibres de carbone à base de liquide brais cristallins : 400 - 700 GPa. A même température de chauffage, les fibres de carbone à base de brais de cristaux liquides ont un module d'élasticité en traction plus élevé que les fibres à base de PAN. Le module de traction à travers les fibres (module de rigidité en flexion) diminue à mesure que le module de traction le long des fibres augmente. Pour les fibres de carbone à base de PAN, elle est plus élevée que pour les fibres à base de brai de cristaux liquides. Le module d'élasticité transversal est également affecté par l'orientation des plans atomiques dans la section transversale de la fibre de carbone. La résistance à la traction axiale des fibres de carbone à haute résistance à base de PAN est de 3,0 à 3,5 GPa, celle des fibres à fort allongement est d'environ 4,5 GPa et celle des fibres à haut module est de 2,0 à 2,5 GPa. Le traitement à haute température du deuxième type de fibre produit des fibres à module élevé avec une résistance à la traction d'environ 3 GPa. La résistance des fibres à base de brais de cristaux liquides est généralement de 2,0 GPa. La valeur théorique de la résistance à la traction des cristaux de graphite dans la direction des plans du réseau atomique est de 180 GPa. La résistance à la traction mesurée expérimentalement des fibres de carbone à haute résistance et à haut module à base de PAN dans une section de 0,1 mm de long est de 9 à 10 GPa. Cette valeur est 1/20 de la valeur théorique et 1/2 de la résistance du graphite filamentaire. monocristaux. Pour les fibres de carbone à base de brais cristallins liquides, la résistance mesurée de manière similaire est de 7 GPa. Les tableaux 17.1, 17.2 montrent les propriétés mécaniques des fibres de carbone les plus courantes.

La moindre résistance des fibres de carbone produites industriellement est due au fait qu'elles ne sont pas des monocristaux et qu'il existe des écarts importants par rapport à la régularité de leur structure microscopique. Les propriétés des fibres de carbone peuvent être considérablement améliorées jusqu'à un allongement à la rupture de 2 % et une résistance de 5 GPa et plus.

Tableau 17.1 - Propriétés mécaniques de la fibre de carbone.

Caractéristique	CF basé sur PAN			Basé sur HC brais cristallins liquides
	haute résistance	allongement élevé	hautement modulaire
Diamètre des fibres, nm
Module d'élasticité en traction, GPa
Contrainte de rupture en traction, GPa
Allongement en traction, %
Densité, g/cm3
Force spécifique, m

Tableau 17.2 - Propriétés physiques et mécaniques des fibres de carbone.

Original fibre	Diamètre, µm	Densité, g/cm 3	Contrainte de traction à la rupture, MPa	Module d'élasticité en traction, E, GPa	Forme testiculaire
Polyacrylonitrile					Garrot continu
Viscose					Garrot continu

Comme le montrent les tableaux, les fibres de carbone ont une faible densité, une résistance à la traction et un module élastique élevés. Par conséquent, les fibres de carbone ont une résistance élevée et un module élastique spécifique. La caractéristique la plus caractéristique des fibres de carbone est leur module d’élasticité spécifique élevé. Cela permet d'utiliser avec succès les fibres de carbone pour renforcer les matériaux à des fins structurelles. En comparant les fibres à haut module avec les fibres à faible module de composition chimique similaire, il convient de noter qu'avec une augmentation du module élastique et de la densité des fibres de carbone, le volume des pores fermés, le diamètre moyen et la surface spécifique diminuent, et son la conductivité électrique s'améliore.

Propriétés électriques. L'augmentation du module élastique à mesure que l'angle de texture diminue signifie que la structure de la fibre de carbone se rapproche de celle du graphite, qui a une conductivité métallique dans la direction de la couche hexagonale. Les fibres de carbone obtenues à des températures non inférieures à 1 000°C ont une conductivité électrique élevée (plus de 102 Ohm -1 -cm -1). En faisant varier le module élastique, et donc les propriétés électriques de la charge carbonée, il est possible de réguler les propriétés électriques du matériau composite. Lors du processus de conversion des fibres organiques en fibres de carbone, une transition se produit à travers toutes les bandes de conduction. Les fibres d'origine sont diélectriques ; lors de la carbonisation, la résistance électrique diminue fortement, puis avec une augmentation de la température de traitement au-dessus de 1000°C, bien qu'elle continue de diminuer, elle est moins intense. Les fibres carbonisées sont classées comme semi-conducteurs par type de conductivité, tandis que les fibres graphitées couvrent la gamme allant des semi-conducteurs aux conducteurs, se rapprochant de ces derniers à mesure que la température de traitement augmente. Pour les fibres de carbone, la dépendance de la conductivité à la température est déterminée par la température finale de leur traitement et, par conséquent, par la concentration électronique et la taille des cristallites.

Il convient de noter que plus la température de carbonisation est élevée, plus le coefficient de température de conductivité électrique est faible. Les fibres de carbone ont des trous et une conductivité électronique. Avec l'augmentation de la température de traitement, accompagnée d'une amélioration de la structure et d'une augmentation du nombre d'électrons, la bande interdite de conduction diminue, donc la conductivité électrique augmente, ce qui pour les fibres traitées à haute température se rapproche de la conductivité électrique des conducteurs en valeur absolue.

Propriétés thermiques. L'une des manifestations des caractéristiques de la structure anisotrope des fibres de carbone à haut module est un coefficient de dilatation thermique linéaire négatif le long de l'axe de la fibre, qui augmente le niveau de contraintes résiduelles dans les fibres à haut module. Pour les fibres à module élastique élevé, le coefficient est plus élevé en valeur absolue et présente une valeur négative sur une plage de température plus large. Ainsi, pour les fibres de carbone fabriquées à partir de fibre PAN (Figure 17.11), la valeur maximale (en valeur absolue) du coefficient est observée à 0°C, et avec l'augmentation de la température, son signe change à l'opposé (à des températures supérieures à 360°C pour fibre avec E= 380 GPa et au-dessus de 220 °C pour les fibres avec E= 280 GPa. Il convient de noter que la courbe de la figure 3.11 coïncide bien avec une dépendance similaire du coefficient de dilatation thermique du réseau de graphite pyrolytique le long de l'axe UN.

En raison de leur énergie de liaison C-C élevée, les fibres de carbone restent solides à très haute température, conférant au matériau composite une résistance élevée aux températures. Résistance à la traction à court terme des fibres à haut module contenant 99,7 en poids. Le % de carbone reste pratiquement inchangé dans des environnements neutres et réducteurs jusqu'à 2 200 °C. Cela ne change pas non plus à basse température. Dans un environnement oxydant, la résistance de la fibre de carbone reste inchangée jusqu'à 450°C. La surface de la fibre est protégée de l'oxydation par des revêtements protecteurs résistants à l'oxygène constitués de composés réfractaires ou de liants résistants à la chaleur ; Les revêtements pyrolytiques sont les plus largement utilisés.

Figure 17.11 - Dépendance du coefficient de dilatation linéaire thermique

dans le sens du fil pour les fibres de carbone avec un module d'élasticité de 380 (1)

et 280 GPa (2) de la température.

Propriétés chimiques. Les fibres de carbone se distinguent des autres charges par leur inertie chimique. La résistance chimique des fibres de carbone dépend de la température de traitement final, de la structure et de la surface de la fibre, ainsi que du type et de la pureté de la matière première. Après exposition des fibres à haut module obtenues à partir de fibres PAN à des liquides agressifs pendant 257 jours à température ambiante, une diminution notable de la résistance à la traction n'est observée que sous l'action des acides orthophosphorique, nitrique et sulfurique (tableau 17.3).

Tableau 17.3 - Résistance chimique en milieu agressif des hydrocarbures à haut module à base de PAN (durée d'exposition 257 jours).

Réactifs	Température, °C	Diamètre fibres, nm	σ R. , MPa	E R. , GPa
Échantillon de fibre de contrôle
Acide (50%) :
Charbon
Orthophosphorique
Glace au vinaigre
Solution d'hydroxide de sodium,

Le module élastique des échantillons ne change que sous l'influence d'une solution d'acide nitrique à 50 %. La résistance de la fibre de verre alcaline après une exposition de 240 heures dans des solutions à 5 % d'acide sulfurique ou nitrique diminue respectivement de 41 et 39 %. À mesure que la température augmente, la résistance de la fibre de carbone aux environnements agressifs diminue.

Il s'oxyde particulièrement facilement dans les solutions d'acide nitrique. Une solution de chlorhydrate de sodium oxyde le carbone, ce qui entraîne une diminution du diamètre de la fibre et une amélioration même quelque peu de ses propriétés mécaniques.

Selon le degré d'activité par rapport à la fibre de carbone à haut module obtenue à partir de la fibre PAN, les acides peuvent être classés dans la série suivante : HNO 3 > H 2 S0 4 > H 3 P0 4 > HC1. Les acides acétique et formique et les solutions alcalines de toute concentration et à toute température ne détruisent pas les fibres de carbone. La résistance chimique des fibres de carbone assure la stabilité des propriétés des matériaux composites à base de celles-ci.

Défauts et mouillage. La pyrolyse des fibres organiques s'accompagne d'une augmentation de leur porosité. Les fibres de carbone à haut module ont des pores allongés et diffèrent des fibres de carbone à faible module par l'orientation des rainures et des fissures le long de l'axe des fibres et par leur plus faible concentration en surface. Apparemment, lors de l'étirage, certains défauts de surface sont lissés, ce qui est particulièrement efficace lors du traitement des fibres à haute température. Les pores à la surface des fibres de carbone ont des tailles différentes. De gros pores d'un diamètre de plusieurs centaines d'angströms sont remplis d'un liant lors du moulage d'un matériau composite, et la force d'adhésion du liant à la charge augmente. La plupart des pores à la surface des fibres ont un diamètre de plusieurs dizaines d'angströms. Seuls les composants de faible poids moléculaire du liant peuvent pénétrer dans de si petites cavités, et une redistribution du liant par tamis moléculaire se produit à la surface de la charge, modifiant sa composition.

La mouillabilité des fibres par les liants utilisés pour produire les plastiques en fibre de carbone a une grande influence sur leurs propriétés. Contrairement aux fibres de verre, l'énergie de surface des fibres de carbone est très faible, de sorte que les fibres sont mal mouillées par les liants, et les plastiques renforcés de fibres de carbone se caractérisent par une faible force d'adhérence entre la charge et le liant. La force d'adhésion des fibres au liant augmente si une fine couche de monomère est d'abord appliquée sur la surface des fibres, la mouillant bien et remplissant tous les pores. À la suite de la polymérisation du monomère, la fibre est recouverte d'une fine couche de polymère - un protecteur qui « scelle » ses défauts de surface. Ensuite, la charge est combinée avec le liant sélectionné, le produit est moulé et le plastique est durci selon le régime standard.

Actuellement, plusieurs autres méthodes ont été proposées pour augmenter la force d'adhésion de la fibre de carbone au liant, dont l'efficacité est évaluée en augmentant la résistance au cisaillement du matériau composite :

Retirer le film lubrifiant de la surface des fibres de carbone après le traitement textile ;

Graver la surface des fibres de carbone avec des agents oxydants ;

Finition des fibres de carbone ;

Cristaux en forme de moustaches en croissance avec une résistance élevée au cisaillement à la surface des fibres (vorsérisation ou viscération).

Dans certains cas, plusieurs méthodes de traitement sont utilisées séquentiellement.

Adorer les fibres de carbone à haut module est la méthode la plus radicale pour augmenter la résistance au cisaillement des plastiques renforcés de fibres de carbone. Proportionnellement à la teneur en volume des moustaches sur la fibre, non seulement la résistance au cisaillement augmente, mais également la résistance à la compression et à la flexion dans le sens transversal grâce au renforcement supplémentaire de la matrice avec des cristaux aux propriétés mécaniques élevées (par exemple, la résistance de ? -Les moustaches SiC sont de 7 à 20 GPa à un module d'élasticité d'environ 50 GPa). Avec une teneur élevée en moustaches sur la fibre (plus de 4 à 7 %), la résistance et les propriétés élastiques du plastique se détériorent. Dans certains cas, la diminution de la résistance plastique est associée à la perte de résistance de la fibre de carbone lors de la vorsérisation. Le tableau 17.4 montre comment les propriétés des plastiques renforcés de fibres de carbone dépendent de la méthode de préparation de la surface en fibre de carbone.

Tableau 17.4 - Effet de divers types de préparation de surface de fibres à haut module sur les propriétés du plastique renforcé de fibres de carbone époxy unidirectionnelles.

Procédé de préparation de surface de fibres de carbone	Densité, g/cm 3	Contrainte de rupture, MPa, à		Module d'élasticité, GPa
		changement	plier
Fibre avec lubrifiant
Gravure dans HNO 3
Brûlage du lubrifiant à l'azote et imprégnation de résine époxy
Aggravation moustaches en carbure de silicium

La capacité des fibres de carbone contenant la même quantité de carbone (au moins 99 % en poids) à vorsériser à partir de la phase gazeuse augmente avec une diminution de sa résistance à l'oxydation, qui est proportionnelle à la concentration de défauts de surface.

Propriétés physiques les fibres de carbone dépendent de leur contexte (conditions de carbonisation et de graphitisation), et de certains indicateurs sur la nature et la qualité des matières premières. De nombreuses propriétés des fibres de carbone sont déterminées par la température de traitement final, mais d'autres facteurs peuvent également apporter une contribution significative. Le tableau 17.5 montre les propriétés physiques les plus typiques des fibres de carbone.

La densité du graphite est de 2,26 g/cm 3, elle dépasse largement la densité de la fibre de carbone, ce qui est dû à la structure moins parfaite de cette dernière. Parmi les fibres résistantes à la chaleur, le carbone a la densité la plus faible ; cela a un effet bénéfique sur les propriétés mécaniques spécifiques de la fibre. Les fibres de graphite ont une petite surface spécifique.

Tableau 17.5 - Propriétés physiques des fibres de carbone.

Caractéristique	Fibre
	gazéifié	graphité
Densité, kg/m 3
Surface spécifique, m 2 /g
Coefficient de température de dilatation linéaire, 10 6 / K
Capacité thermique spécifique, kJ/kg K
Conductivité thermique, W/(m·K)
Résistivité électrique, 10 -5 ohm m
Tangente de perte diélectrique (à 10 10 Hz)
Hygroscopique,%

La surface spécifique des fibres carbonisées, selon les conditions de leur production et le type de matières premières utilisées, peut varier dans de larges limites.

Afin d'augmenter la surface spécifique de 500 à 1 000 m 2 /g, les fibres de carbone sont traitées avec de la vapeur d'eau surchauffée, du dioxyde de carbone et d'autres réactifs. Les fibres de carbone se caractérisent par un faible coefficient de dilatation linéaire, nettement inférieur à celui des métaux, du graphite et du verre de quartz. En termes de capacité thermique, les fibres de carbone diffèrent peu des autres solides. Une caractéristique des fibres de carbone et notamment des fibres graphitées est leur très haute conductivité thermique. Ceci est également caractéristique du graphite. Lors de l'utilisation de fibres de carbone ou de compositions à base de celles-ci comme matériaux de protection thermique, une conductivité thermique élevée n'est pas souhaitable, car un transfert de chaleur intense se produit à travers le matériau composite. Pour éliminer cet inconvénient, outre la fibre de carbone, d'autres fibres résistantes à la chaleur sont ajoutées aux matériaux composites, notamment des fibres d'oxyde métallique à faible conductivité thermique.

Les fibres de carbone ayant une surface spécifique développée sont hautement hygroscopiques en raison de la condensation de l'eau dans les pores. La fibre de graphite a une faible porosité, son hygroscopique est donc faible. L'hygroscopique est d'une grande importance dans la fabrication de matériaux composites.

Formes textiles de fibres de carbone

Les fibres de carbone peuvent être produites dans une grande variété de structures textiles : agrafées, à filament continu, tissées ou non tissées. Les câbles, fils, mèches et canevas non tissés sont les types de structures en fibre de carbone les plus couramment utilisés actuellement. Les fibres de carbone ont un module d'élasticité élevé et un faible allongement. Ils ne supportent donc pas des déformations répétées et leur utilisation pour la réalisation de matériaux tissés présente certaines difficultés. Cependant, grâce aux progrès de la technologie de production de fibres de carbone et des techniques de tissage, il est devenu possible de fabriquer toutes sortes de matériaux tissés à partir de celles-ci.

L'avantage des tissus unidirectionnels (dans ce cas, les fils fins : verre ou organiques, situés le long de la trame, ne servent qu'à la liaison technologique des fils ou brins entre eux) est qu'ils éliminent pratiquement les plis des fibres dans le sens longitudinal, le les fibres sont bien orientées, la matière est obtenue lisse et agréable au toucher. Ils sont également produits sous forme de rubans hybrides et de tissus en combinaison avec des fils de fibre de verre. Actuellement, la gamme de tissus est très diversifiée ; ils diffèrent par la densité des fils dans le sens de la largeur, la structure de tissage, le rapport du nombre de fils dans le sens longitudinal (le long de la chaîne) et transversal (le long de la trame), le nombre de fibres élémentaires dans le faisceau et autres caractéristiques.

Selon les conditions d'utilisation, le CFM est réalisé sous forme de fils et torons continus (formés de 1000, 3000, 5000, 6000, 10000 et plus de fibres continues élémentaires), de cordes, de fibres discontinues, de boutonnières, de rubans, de tissus (souvent combinés avec des fibres de polymère ou de verre), des rubans unidirectionnels dans lesquels des fils de chaîne résistants sont liés avec une trame à faible résistance, des matériaux non tissés (feutre, nattes), etc. La quasi-totalité des formes textiles possibles a été développée et utilisée à base de carbone fibres.

Pour obtenir des produits tissés à partir de fibre de carbone, deux méthodes principales sont utilisées : le tissage des fibres initiales et le traitement thermique ultérieur des produits tissés en fibres de carbone (c'est-à-dire la carbonisation et la graphitisation des formes tissées) ; production de fils de carbone, d'étoupes et leur transformation textile ultérieure. L'avantage de cette dernière méthode est la possibilité d'obtenir des tissus avec moins d'anisotropie de propriétés, ainsi que la possibilité d'obtenir des matériaux tissés combinés à partir de CF et d'autres types de fibres ; l'inconvénient est la fragilité du CF et les difficultés associées lors du traitement du textile. .

La figure 17.12 montre les types de certains tissus à usage spécial : tissu non frisé, dans lequel, en éliminant la courbure des fibres de carbone, on évite l'endommagement des fibres et la perte de résistance ; un tissu en spirale, dans lequel des fibres de carbone sont disposées en spirale et interconnectées dans une direction radiale ; tissus avec orientation des fibres de carbone selon un angle de 0,30 et 60° ; tissus tridimensionnels dans lesquels les fibres de carbone sont également orientées dans le sens de l'épaisseur du tissu, etc.

a - tissu non frisé ; b - tissu en spirale ; c - tissu à orientation triaxiale des fils dans le plan du tissu ; d - tissu tridimensionnel avec orientation volumétrique orthogonale des fils.

1 - fil de verre ; 2 - fil de carbone.

Figure 17.12 - Exemples de tissus à usage spécial.

Tissus en fibre de carbone. Les propriétés et conditions de production des tissus en carbone dépendent de la structure de ces tissus, de la densité du tissage, de la frisure du fil, de la densité du fil d'origine et des conditions de tissage.

La densité des fils dans la chaîne et la trame est déterminée par le nombre de fils dans 1 cm de tissu, respectivement, dans les sens longitudinal et transversal. La « chaîne » est le fil placé le long du tissu, et la « trame » entrelace le tissu dans le sens transversal. Par conséquent, la densité du tissu, son épaisseur et sa résistance à la traction sont proportionnelles au nombre de fils et au type de fil utilisé pour le tissage. Ces paramètres peuvent être déterminés si la conception du tissu est connue. Il existe différents types de tissages chaîne et trame pour créer des tissus durables. En faisant varier le type de tissu, il est possible de créer une variété de structures de renforcement qui, dans une certaine mesure, affectent les propriétés des composites fabriqués à partir de ceux-ci. Dans certains cas, l’utilisation de tissus en carbone nécessite des types de tissages particuliers.

Tresser est un tissu étroit (moins de 30,5 cm de large) qui peut contenir une lisière lâche (c'est-à-dire un fil de remplissage s'étendant au-delà du ruban). Les sangles en fibre de carbone sous forme de manchons tressés se caractérisent par une plus grande flexibilité par rapport aux tissus à base de fibre de carbone. À partir de tresses, vous pouvez fabriquer des produits de configurations complexes avec une surface de forme irrégulière, etc.

Fil de fibre de carbone textile- Il s'agit de fibres ou de brins (faisceaux) parallélisés uniques rassemblés, qui peuvent ensuite être transformés en matériau textile. Les câbles simples continus (brins) constituent la forme la plus simple de fil textile en fibre de carbone, connu sous le nom de « fil uni ». Pour utiliser ce fil dans un traitement textile ultérieur, il est généralement soumis à une légère torsion (moins de 40 m -1). Cependant, pour un grand nombre de tissus, un fil plus épais est nécessaire. Cette gamme de fils textiles peut être produite par retorsion et cannage. Un exemple typique est la torsion de deux ou plusieurs brins simples avec un retissage simultané (c'est-à-dire la torsion ultérieure de deux ou plusieurs brins pré-torsadés).

À la suite des opérations de torsion et de retordage, on obtient un fil dont la résistance, la flexibilité et le diamètre peuvent varier. Il s'agit d'une condition préalable importante à la création de divers tissus à partir desquels des composites sont ensuite obtenus.

Harnais constitué d'un grand nombre de filaments rassemblés en un faisceau. On utilise généralement des câbles avec un nombre de filaments de 400, 10 000 ou 160 000. Le fil est généralement compris comme des fils torsadés constitués de fibres coupées, tandis que itinérant est un brin (brin) constitué de faisceaux de fibres parallèles ou légèrement torsadés. Enfin tapis (rubans) Se composent d'un grand nombre (parfois jusqu'à 300) de faisceaux ou de brins de fibres de carbone posés côte à côte ou cousus ensemble et peuvent être transformés en divers types de structures textiles. Les fibres de carbone courtes (3 à 6 mm de long) peuvent être transformées en feutre ou en tissu non tissé à l'aide d'une technologie conventionnelle.

Pour les fibres de carbone et les composites de fibres de carbone, les fibres de carbone UKN-P/2500, UKN-P/5000 avec traitement de surface et le nombre de filaments dans le fil sont respectivement de 2500 et 5000, VMN-4, VMN-RK, Rovilon, VEN- 280, UKN/5000, UKN /10000, Coulomb/5000A, Coulomb/5000B avec une densité linéaire de 200 à 900 tex, caractérisés par une résistance et un module élastique dans une plage assez large. Les propriétés de certains filaments de carbone sont présentées dans les tableaux 17.6 et 17.7.

Tableau 17.6 - Propriétés des filaments de carbone.

Indicateurs	Marque de remplissage
	UKN-P/2500	UKN- P/5000	UKN/ 5000	UKN/ 10000	Pendentif/5000A Pendentif/5000B
Densité linéaire, tex
Écart de densité linéaire,%
Charge de rupture relative du fil lorsqu'il est cassé par une boucle, n/tex
Fraction massique d'agent d'encollage, %
Module d'élasticité, GPa
Contrainte de rupture de traction d'un fil en microplastique, GPa
Contrainte de rupture du plastique, GPa à : Élongation

Tableau 17.7 - Propriétés des filaments de carbone.

Indicateurs propriétés	Marque de remplissage
	VMN-4	VMN-RK-3	ROVILON			VEN-280-1	VEN-280
Densité linéaire, tex
Déviation de densité linéaire, % pas plus
Densité du fil, g/cm 3
Contrainte de traction à la rupture d'un filament, GPa
Module d'élasticité de la corde en plastique, GPa
Module dynamique d'élasticité de la corde, GPa
Résistance à la flexion d'une corde en plastique MPa

Les bandes de carbone les plus utilisées comme charge de renforcement pour les stratifiés en fibre de carbone sont les types LU-P et ELUR-P, qui sont des rouleaux de 250 mm de large enroulés serrés sur des bobines à double bride. Les principales caractéristiques des bandes sont présentées dans le tableau 17.8. Une caractéristique distinctive des rubans de carbone est leur faible densité linéaire, qui garantit la production de plastiques en fibre de carbone avec une épaisseur monocouche de 0,08 à 0,13 microns.

Tableau 17.8 - Propriétés des rubans de carbone.

Type de bande	Largeur du ruban, mm	Densité linéaire, g/m	Densité du fil, g/cm 3	Nombre de fils par 10 cm, pas moins	Contrainte de traction à la rupture dans le plastique renforcé de fibres de carbone, GPa, pas moins	Contrainte de rupture lors de la compression dans un plastique renforcé de fibres de carbone, GPa, pas moins	Module d'élasticité en flexion, GPa	Fraction volumique de charge en fibre de carbone, %	Densité de fibre de carbone, g/cm 3	Épaisseur monocouche en fibre de carbone, mm

Un grand groupe de charges de renforcement en carbone est constitué de matériaux tissés à base de fils de carbone UKN-P/2500 et UKN/P500. Il s'agit de rubans tissés UOL-1 et UOL-2 d'une largeur de 300, 460 et 600 mm. (Dans le symbole du ruban, le premier chiffre est la largeur du ruban, le deuxième chiffre dans le marquage est le type de fils utilisés comme chaîne : 1- pour les fils UKN-P/5000 et 2- pour les fils UKN-P /2500 fils.) Ces rubans ont uniquement des fils de carbone en chaîne et en trame, les rubans ont des fils de verre ou organiques clairsemés avec une densité linéaire de 14-30 tex. Ils sont produits sur des métiers à tisser à ruban.

Pour élargir la gamme, des rubans combinés de type UOL-K sont produits avec un rapport 6:1 de fils de carbone et de verre. Les principales caractéristiques des rubans tissés en carbone et composites sont données dans le tableau 3.9. Contrairement aux fibres de carbone de type LU, ces charges fournissent aux plastiques renforcés de fibres de carbone une épaisseur monocouche plus élevée de 0,17 mm à 0,25 mm et un niveau plus élevé de caractéristiques de résistance. Les rubans tissés de type LZHU, contrairement aux rubans de type UOL, sont tissés à partir de matières premières et possèdent un fil de trame en carbone. Les rubans LZHU diffèrent par leur densité linéaire lorsqu'ils utilisent différents fils de carbone dans une base de 2 500 ou 5 000 filaments. Les principales caractéristiques de ces bandes sont présentées dans le tableau 4.9.

Le tissu de carbone UT-900-2.5 à base de fils UKN-P/2500 tissés avec une armure sergée, qui garantit une densité égale de fils de chaîne et de trame, est fondamentalement différent des charges évoquées précédemment. Les caractéristiques et propriétés des tissus sont données dans le tableau 17.9.

Tableau 17.9 - Propriétés des rubans et tissus de carbone tissés.

La gamme de marques et les propriétés des CFM nationaux et étrangers sont présentées dans les tableaux 17.10 à 17.13.

Le tableau 17.13 présente certaines propriétés des fibres de carbone étrangères provenant de diverses fibres mères. Ils peuvent être livrés au consommateur après ou sans traitement de surface. Le type et le type de structure textile pour le traitement des fibres de carbone sont généralement déterminés par son application dans le matériau composite. Celui-ci détermine également le mode de réalisation du composite : pose, moulage par injection ou pultrusion.

Structures volumétriques à base de fibres de carbone.

L’un des principaux avantages des matériaux composites renforcés est leur résistance spécifique élevée dans le sens du renforcement. Un autre avantage important de ces matériaux par rapport aux matériaux isotropes est le contrôle efficace de l'anisotropie des propriétés mécaniques, thermophysiques et autres dans la direction du renforcement. L'anisotropie des propriétés est contrôlée en faisant varier le placement des renforts.

Tableau 17.10 - Charges de carbone pour les plastiques structurels renforcés de fibres de carbone (Russie).

	Textile	Densité g/cm 3
LU-P-0.1 et O.2 4 , 5
UKN-P-O,1 1 ,4, 5
UKN-P-5000M 4, 5
UKN-P-5000 2, 6
UKN-P-2500 4, 5
PENDENTIF N24-P 5
GRANIT P 5	fil 400 tex
ELUR-P-0.1 4 , 5	ruban245±30mm
	ruban 90+10 mm
	ruban 90±10 mm
	bande,? = 0,235 ± 0,015
	bande, ?= 0,175+0,015
	sergé, ?= 0,22 ± 0,02
ELUR-P-0,08 4 , 5
	fil, garrot
	fil, garrot

Remarque : 1 - analogue du Tornel 300, Toreyka TZOO ; 2 - basé sur UKN-P-5000, bandes carbonées organiques UOL-55, 150, 300, 300-1, ZOOK (NPO "Khimvolokno"); UOL-300-1 (chaîne UKN-P-5000, 410 tex, trame SVMK 14,3 tex) ; UOL-ZOOK (chaîne UKN-P-5000, 410 tex et Armos 167 tex, trame SVMK 14,3 tex) ; UOL-150, 300 (chaîne UKM-P-5000, 390 tex, trame SVMK tex 29,4) ; 3 - chaîne et trame en UKN-P-2500 200 tex, lisière Ural N 205 tex ; 4 - Filetages PAN pour ELUR-P, LU-P tex 33.3, UKN-P-5000 tex 850, UKN-P-2500 tex 425 ; 5 - P - oxydation électrochimique (méthode ECHO); 6 - utilisé pour la fabrication de structures TZ telles que TsOO et TsTMZ ; Tex est la masse de 1 km de fibre en grammes.

Tableau 17.11 - Propriétés des matériaux carbonés à base de fibres de viscose (cellulose hydratée, HC), pour protection thermique, matériaux actifs d'adsorption, produits électriques (chauffages). (Russie) .

Marque matériel	Textile formulaire	%	Charge de rupture par bande 5 cm, kgf		Force élémentaire fils, GPa
	tissu, ruban
Oural TR Z/2-15	Tricots
Oural TR 3/2-22	Tricots
Oural TM/4-22	Tissu multicouche
Oural LO-22	Bande unidirectionnelle
Oural LO-15	Bande unidirectionnelle
	fil textile
	fil à coudre
Oural Tr-3/2-15E	tricots traités en surface
Uglen, Uglen-9

Tableau 17.12 - Formes textiles et propriétés des étoupes de carbone (Russie).

Possibilités	Brins de carbone, qualités
	VMN-4	ROVILON	VPR-19(s)	VNV(s)
Matière première		Nitron 650 -1700 tex	Nitron 850 -1700 tex
Nombre de fils, pcs
Nombre de tours par 1 m
Nombre de fibres (filaments), pcs.
Longueur, max, m
Diamètre, maximum, µm
Température de pyrolyse, Max, °C
Densité, g/cm 3
Résistance à la traction, ?, GPa
Module d'élasticité en traction, E, GPa
Allongement relatif, ε, %
Lubrifiant

Tableau 17.13 - Propriétés des fibres de carbone industrielles étrangères.

Fibre	Entreprise fournisseur	Matériel source	σ DANS , MPa	E, GPa	 , kg/m 3	σ , 10 -4 cm/m	 etc. , avec (m  °C)	α etc. , À -1
Fortafil 3 (0)
Fortafil 5
CI-Tex 12000
CI-Tex 6000
HI-Tex 3000
Salut-Tex 1500
Panex 1/4 CF-30
Panex 30R
Panex 30V800d
Sélion GY-70
Sélion 6000
Sélion 3000
Sélion 1000
Thornel 300 WYP90 - 1/0
Tornel 300 WYP30-1/0

Noms des entreprises : G - « Hercules » (Hercules), GLK - « Great Lakes Carbon » (Great Lakes Carbon), K - « Carborundum » (Carborundum), P - « Polycarbon » (Polycarbon), SF - « Stackpole Carbon Fibers » (Stackpole Carbon Fibers), C - « Celanese », YK - « Union Carbide ».

Les éléments de renfort des matériaux composites carbonés sont des fibres de carbone. Des structures de renforcement ont été développées avec trois, quatre, cinq directions de renforcement ou plus. En modifiant le rapport de renforcement dans différentes directions, des matériaux dotés de propriétés spécifiées sont créés.

Il existe plusieurs systèmes de structures de renfort pour matériaux composites. En pratique, les systèmes à deux, trois et n fils de discussion

Une caractéristique des matériaux formés par un système de deux fils est la présence d'un degré donné de courbure des fibres dans le sens chaîne (axe x), tandis que les fibres de trame (axe y) sont droites. Il n'y a pas de renfort dans la troisième direction (axe z). Les principaux paramètres de renforcement de ce groupe de matériaux sont le degré de courbure des fibres de base (angle ) et le coefficient de renforcement  dans le sens chaîne et trame (Figure 17.13).

Figure 17.13 - Variantes de schémas de renforcement formés par un système de deux fils. Connecter les couches adjacentes avec des fibres directionnelles à: en avion zx(UN) et dans l'avion zy(b); dans toute l'épaisseur de la structure et dans le plan zx(V) et dans l'avion zy(g). Connexion à travers deux couches en utilisant dans la direction X fibres droites ( d) et à travers la couche et sur toute l'épaisseur du matériau en utilisant dans le sens X fibres droites ( e). Connexion par une couche à densité variable dans l'épaisseur du matériau ( et) .

Les matériaux composites formés par un système de trois fils sont renforcés dans trois directions d'axes de coordonnées sélectionnés. Les schémas de renforcement les plus courants sont présentés dans la figure 17.14.

En règle générale, les schémas de renforcement sont formés de fibres mutuellement orthogonales (Figure 17.14, un B), cependant, il existe des schémas avec une disposition oblique des fibres (Figure 17.14, c, d). Les fibres de renfort peuvent être droites (Figure 17.14, UN), ont un degré donné de courbure des fibres en un (Figure 17.14, V) ou deux (Figure 17.14, g) directions.Le nombre de fibres et l'espacement entre elles dans chacune des trois directions sont les principaux paramètres des matériaux composites, qui sont déterminés par les conditions de leur utilisation.

Figure 17.14 - Options pour les schémas de renforcement formés par un système à trois brins

avec des fibres droites dans trois directions ( un B),

avec des fibres droites dans deux directions ( V),

avec un degré donné de direction des fibres dans deux directions ( e) .

Le système à quatre brins permet d'obtenir des matériaux composites avec différentes options de disposition spatiale des renforts. L'option 4 est la plus populaire d. Sa particularité est la localisation du renfort le long des quatre diagonales du cube. Ce schéma de pose, avec répartition égale des armatures selon les directions d'armature, permet d'obtenir une structure d'équilibre.

Le renforcement des matériaux composites formés par un système de fils multiples est réalisé dans différentes directions, le plus souvent dans trois directions mutuellement perpendiculaires des axes de coordonnées sélectionnés et dans des plans diagonaux contenant les axes de coordonnées. Des schémas de renforcement plus complexes sont également possibles (Figure 17.15). La géométrie du renforcement spatial est créée en fonction des conditions de destruction du matériau et doit assurer une anisotropie ciblée des propriétés. Une augmentation du nombre de directions de renforcement permet de réduire l'anisotropie des propriétés, le coefficient de renforcement global et, par conséquent, les valeurs absolues des caractéristiques du matériau. Les matériaux présentant une isotropie complète des propriétés élastiques sont obtenus en posant des renforts sous un angle de 31° 43 par rapport aux axes du système de coordonnées cartésiennes dans chacun des trois plans orthogonaux. D'autres symétries sont caractérisées par la présence de certaines valeurs extrêmes de propriétés physiques.

Figure 17.15 - Schéma de la disposition diagonale de la structure dans un plan ( UN) et dans l'espace ( b) pour les matériaux composites formés par le système n fils; modèle de renforcement à onze directions (11d) ( V), diagonales entre les sommets diamétraux le long de deux faces et le long des arêtes.

Pour une utilisation rationnelle des matériaux composites renforcés, il est nécessaire de connaître leurs coefficients de renforcement maximaux. Les travaux ont exploré les possibilités de limiter le remplissage de structures spatialement renforcées avec des fibres de section ronde. Fondamentalement, ils ont étudié l'empilement dense des fibres - lorsqu'elles touchent leurs surfaces cylindriques - dans un plan perpendiculaire auquel les fibres étaient introduites, « fixant » les couches. Le tableau 17.14 présente les valeurs théoriques maximales admissibles des coefficients de renforcement pour certains types de structures dans le cas où le renforcement multidirectionnel dans le plan a été créé par des fibres droites. Paramètre  (%) indique la proportion de fibres droites orthogonales au plan de pose dans le volume total du renfort.

Tableau 17.14 - Coefficients limites de renforcement pour certains types de structures.

№ p/p	Schéma de renforcement	Nombre directions de renforcement	Pose fibres	Proportion de fibres orthogonales au plan de garnissage, %	 etc.
			Hexagonal
			Rectangulaire
			En couches (arbitraire)
			Rectangulaire à trois plans
			Hexagonal isotrope transversalement

Comme le montrent les données du tableau 17.14, l'écart des directions de pose des fibres par rapport au motif unidirectionnel et plat réduit considérablement le coefficient de renforcement volumétrique du matériau. Avec trois directions de pose des fibres orthogonales entre elles, le coefficient de renforcement maximum  pr. est réduit de 25 % par rapport au coefficient d'une structure continue. Avec quatre directions de renforcement, dont trois créent une isotropie des propriétés dans le plan (Tableau 17.14, article 5),  etc. le coefficient de renforcement est réduit par rapport au coefficient de renforcement selon le motif hexagonal unidirectionnel (tableau 17.14, paragraphe 1) de 38 %. Dans le schéma 5, du fait de la pose oblique des fibres dans un plan, lorsqu'elles touchent les fibres dans une direction orthogonale au plan, il y a plus de vides à combler avec la matrice que dans le cas de trois directions de renforcement orthogonales (Tableau 17.14, paragraphe 4).

Il convient de noter que les schémas idéalisés pour le remplissage maximal d'un matériau composite en fibres ne doivent être considérés qu'à titre de comparaison. Dans des cas réels, en raison de conditions technologiques ou autres, les distances entre fibres adjacentes changent et il est nécessaire d'introduire des corrections à  etc. coefficients reflétant le degré de dispersion des fibres lors de l'idéalisation de la géométrie de la structure.

Le volume réel de fibres dans le cadre est toujours nettement inférieur à celui calculé. Cela est dû au fait que les fils n'ont pas la forme de section correcte adoptée dans le calcul et que les fibres élémentaires ne sont pas monolithiques.

Les procédés de fabrication de cadres de renfort en matériaux composites carbone-carbone sont variés, notamment le tissage de fils secs, la couture de tissus, l'assemblage de tiges rigides constituées de fils de carbone pultrudés, l'enroulement de fils, le tissage et une combinaison de ces procédés. La méthode la plus utilisée est le tissage (tissage) de fils secs. Il est acceptable pour la fabrication à la fois des cadres multidirectionnels les plus simples, dans lesquels les fibres sont situées le long des axes d'un système de coordonnées rectangulaires (CR), et des cadres multidirectionnels les plus complexes - 11 D (voir Figure 17.15, V). Dans ce cas, des fils de petit diamètre sont utilisés avec leur pose dense (Figure 17.16), ce qui garantit de petits vides et une densité de cadre élevée.

La méthode de tissage au fil sec est également applicable pour créer des cadres cylindriques. Des échafaudages tissés de ce type sont illustrés à la figure 17.17. Assurer une densité constante de renfort pour les cadres cylindriques avec une divergence croissante des filetages radiaux à mesure qu'ils se rapprochent du diamètre extérieur est obtenu en augmentant le diamètre des faisceaux axiaux de filetage ou en introduisant des éléments radiaux de différentes longueurs dans le système de renfort principal. La production de tels cadres est réalisée sur des métiers à tisser. Il est possible de créer des structures plus complexes.

Figure 17.16 - Disposition typique de fibres de petit diamètre en matériau renforcé orthogonalement afin d'obtenir une densité de trame élevée.

Figure 17.17 - Disposition des filetages dans un cylindre tridirectionnel

tisser .

Le développement de méthodes de réalisation de cadres renforcés orthogonalement a permis de créer une structure modifiée appelée Mod 3. La modification était la suivante : dans l'avion xy Au lieu de fils droits, on utilise du tissu en carbone, les fibres sont dans le sens de l'axe z rester droit et traverser les couches de tissu entre les fibres dans un plan xy. Lors de la couture d'un tissu dans le sens de l'axe X On utilise aussi bien des fils secs que des joncs de carbone, obtenus par imprégnation des fils soit avec un liant organique suivie d'une carbonisation, soit avec du charbon pyrolytique issu de la phase gazeuse. Le type et la répartition des fibres dans les échafaudages de cette structure peuvent varier dans toutes les directions.

Les cadres multidirectionnels sont également produits uniquement à partir de tiges de carbone. L'inconvénient de tels échafaudages est le manque d'intégrité avant l'introduction de la matrice reliant les tiges ; l'avantage réside dans le degré élevé de remplissage du volume de matériau avec renfort.