Présentation des composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone

Fibre de carbone (CF) Produit par carbonisation de fibres organiques à haute température et sous atmosphère inerte. C'est un excellent matériau de renforcement grâce à sa haute résistance, module spécifique élevé, propriétés thermiques supérieures, stabilité chimique et caractéristiques d'amortissement, de réduction des vibrations et de réduction du bruit .

Par rapport à composites thermodurcissables traditionnels , les composites thermoplastiques offrent cycles de moulage plus courts, toxicité plus faible de la composition chimique, ténacité plus élevée, meilleure résistance aux chocs et tolérance aux dommages, durée de conservation plus longue des préimprégnés et capacité de production de masse plus forte .

Les composites thermoplastiques renforcés de CF combinent les avantages de la fibre de carbone et de la résine thermoplastique. Ils ne subissent pas de réticulation chimique après moulage et peuvent être refondus et reformés, ce qui facilite le recyclage et la réutilisation, et résout les problèmes d'élimination en fin de vie des matériaux thermodurcissables CF. Lors de leur transformation, les composites thermoplastiques à base de fibre de carbone subissent une cristallisation et une transition vitreuse, tandis que les composites thermodurcissables à base de fibre de carbone subissent des réactions de réticulation et de polymérisation.

D'un point de vue technique, les composites thermoplastiques CF sont plus difficiles à imprégner pendant la production par rapport aux composites thermodurcissables CF, mais ils offrent des avantages évidents : cycles de moulage plus courts, résistance aux chocs supérieure, soudabilité, capacité de moulage secondaire et plus grande flexibilité de conception .

Les composants fabriqués à partir de composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone sont généralement léger, très résistant, robuste et recyclable . Ils ont de vastes perspectives d’application dans aérospatiale, militaire, machines haut de gamme, équipement médical et autres domaines .

Les composites renforcés de fibres de carbone se distinguent des matériaux PRF traditionnels renforcés de fibres de verre ou d'aramide. Les composites PRFC (plastiques renforcés de fibres de carbone) offrent des propriétés exceptionnelles, notamment :

L poids léger : Les composites traditionnels renforcés de fibres de verre utilisent des fibres de verre continues avec une fraction pondérale de 70 % (verre/poids total), atteignant généralement une densité de 0,065 lb par pouce cube.

Haute résistance : Malgré leur légèreté, les composites CFRP présentent une résistance et une rigidité par unité de poids nettement supérieures à celles des composites en fibre de verre. Leur avantage est encore plus marqué par rapport aux métaux.

Par exemple, l’expérience montre que les matériaux CFRP ne pèsent que 1/5 d'acier à résistance équivalente. Il est clair que les constructeurs automobiles explorent activement la fibre de carbone comme substitut à l'acier pour améliorer les performances des véhicules. Comparé à l'aluminium, l'un des métaux les plus légers, à résistance équivalente, l'aluminium pèse encore environ 1,5 fois plus que de la fibre de carbone.

Les résines couramment utilisées dans les composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone comprennent PEEK (polyétheréthercétone), TPI (polyimide thermoplastique), PPS (sulfure de polyphénylène) et PEKK (polyéthercétonecétone) .

Vous trouverez ci-dessous une brève introduction de trois types : polyimide thermoplastique renforcé de fibres de carbone, polysulfure de phénylène renforcé de fibres de carbone et polyétheréthercétone renforcé de fibres de carbone .

1.

Composites thermoplastiques polyimides (PI) renforcés de fibres de carbone

Nouvelle génération de plastiques techniques spéciaux hautes performances, ils conservent la haute résistance mécanique, la résistance aux hautes températures, la résistance chimique, les bonnes propriétés diélectriques et la résistance aux radiations des polyimides thermodurcissables traditionnels. Ils offrent également une ténacité exceptionnelle et des avantages en termes de traitement thermique, permettant non seulement le pressage à chaud, mais aussi l'extrusion et le moulage par injection. L'ajout de fibres de carbone améliore considérablement les propriétés mécaniques du polyimide thermoplastique ; lorsque la fraction volumique de fibres de carbone atteint 30% , la résistance à la traction et à la flexion est d'environ 2 à 3 fois celle de la résine pure. Le renforcement en fibre de carbone confère également une résistance uniforme meilleure résistance à la chaleur et meilleures performances mécaniques , ce qui rend les composites polyimides thermoplastiques idéaux pour applications de haute qualité, résistantes à l'usure et à la corrosion .

2.

Composites de polysulfure de phénylène (PPS) renforcés de fibres de carbone
Le polysulfure de phénylène (PPS) est également l'une des résines thermoplastiques les plus prisées dans l'industrie des composites. Il présente excellentes propriétés mécaniques, résistance à la corrosion et ignifuge inhérent , ce qui en fait un matériau de matrice populaire pour divers composites hautes performances. Les propriétés mécaniques des composites PPS renforcés de fibres de carbone sont influencées par la teneur en fibres de carbone ; au-delà d'un certain seuil, une teneur plus élevée en fibres de carbone entraîne une capacité de charge supérieure. Des expériences ont montré que, même sous des variations de température allant jusqu'à 100 °C, les panneaux composites PPS renforcés de fibres de carbone continues conservent une bonne stabilité de la résistance au cisaillement interlaminaire (ILSS).

3.

Composites en polyétheréthercétone (PEEK) renforcés de fibres de carbone

Les composites en polyétheréthercétone (PEEK) sont connus pour leur rigidité élevée, excellente stabilité dimensionnelle, faible coefficient de dilatation thermique et capacité à résister à d'immenses contraintes sans allongement significatif au fil du temps . De plus, le PEEK a un faible densité, bonne aptitude au traitement et convient aux composants nécessitant une grande précision Le PEEK lui-même est l'une des résines thermoplastiques présentant une excellente résistance à la chaleur, supportant des températures de fonctionnement à long terme allant jusqu'à 250°C , tandis que ses propriétés mécaniques restent largement inchangées dans des environnements à haute température. fibre de carbone en renfort, les performances du PEEK en termes de la résistance, la rigidité et la résistance à l'usure sont encore améliorées , ce qui prolonge considérablement la durée de vie globale du produit. Des études expérimentales ont montré qu'une teneur en fibres de carbone comprise entre 30 % et 40 % améliore considérablement la résistance à l'usure du matériau composite à base de PEEK. L'ajout de fibres de carbone améliore considérablement sa valeur et son champ d'application.

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