Les produits en fibre de carbone sont largement répandus dans nos vies. La fibre de carbone est un bon matériau pour fabriquer de nombreux produits de première nécessité. Alors, qu’est-ce que la fibre de carbone ? Quelles sont les caractéristiques de la fibre de carbone ? Quels sont les avantages de la fibre de carbone par rapport aux autres matériaux ordinaires ?
En fait, il existe de nombreux types de fibres de carbone. Alors, quelles sont les catégories de fibre de carbone ? Quels sont les avantages et les caractéristiques des différentes catégories ?
Qu'est-ce que la fibre de carbone ?
La fibre de carbone (CF en abrégé) est un nouveau type de matériau fibreux à haute résistance et à haut module avec une teneur en carbone supérieure à 95 %. Il s'agit d'un matériau de graphite microcristallin obtenu par carbonisation et graphitisation de fibres organiques telles que des microcristaux de graphite en flocons empilés dans la direction axiale de la fibre. La fibre de carbone est « douce à l’extérieur et dure à l’intérieur ». Il est plus léger que l'aluminium métallique, mais sa résistance est supérieure à celle de l'acier. Il présente les caractéristiques de résistance à la corrosion et de module élevé. C'est un matériau important pour la défense nationale, l'industrie militaire et l'usage civil. Il possède non seulement les caractéristiques intrinsèques des matériaux carbonés, mais possède également la douceur et la transformabilité des fibres textiles. Il s'agit d'une nouvelle génération de fibre de renfort.
La fibre de carbone possède de nombreuses excellentes propriétés. La fibre de carbone a une résistance axiale et un module élevés, une faible densité, des performances spécifiques élevées, aucun fluage, une résistance à ultra-haute température dans un environnement non-oxydant, une bonne résistance à la fatigue, une chaleur spécifique et une conductivité entre le non-métal et le métal, un faible coefficient de dilatation thermique et une anisotropie, une bonne résistance à la corrosion et une bonne transmission des rayons X-. Bonne conductivité électrique et thermique, bon blindage électromagnétique, etc. Par rapport à la fibre de verre traditionnelle, la fibre de carbone a un module de Young plus de 3 fois supérieur à celui de la fibre de verre traditionnelle, et comparé à la fibre de Kevlar, son module de Young est environ 2 fois celui de la fibre de verre traditionnelle. Il est insoluble et non-gonflant dans les solvants organiques, les acides et les alcalis, et présente une résistance exceptionnelle à la corrosion. Quelles sont les catégories de fibre de carbone ? La fibre de carbone peut être divisée en fibre de carbone à base de polyacrylonitrile -, fibre de carbone 1K - fibre de carbone à base d'asphalte tubulaire -, fibre de carbone à base de viscose -, fibre de carbone à base phénolique - et fibre de carbone cultivée en vapeur - selon la source des matières premières. Il peut être divisé en fibres de carbone à usage général, à haute -résistance, moyenne-module haute-résistance, modèle élevé-et ultra-haute-modèle en fonction des performances, et divisé en filament, fibre courte et fibre courte-coupée selon l'état. Selon les propriétés mécaniques, il peut être divisé en types à usage général-et à haute-performances. La résistance de la fibre de carbone à usage général-est de 1 000 MPa et le module est d'environ 100 GPa. La fibre de carbone haute-performance est divisée en type haute-résistance (résistance 2000 MPa, module 250 GPa) et type élevé (module 300 GPa ou plus). Une résistance supérieure à 4 000 MPa est également appelée type à ultra-haute résistance ; un module supérieur à 450 GPa est appelé modèle ultra-haut.
Avec le développement des industries aérospatiale et aéronautique, des fibres de carbone à haute-résistance et à haute-fibre de carbone sont également apparues, avec un allongement supérieur à 2 %. La plus utilisée est la fibre de carbone à base de polyacrylonitrile PAN-.
Plus de 90 % des fibres de carbone présentes sur le marché sont principalement des fibres de carbone à base de PAN-.
Parce que le voile mystérieux de la fibre de carbone n’a pas été complètement dévoilé, les gens ne peuvent pas utiliser directement du carbone ou du graphite pour le fabriquer. Ils ne peuvent utiliser que certaines fibres organiques contenant du carbone- (telles que le nylon, l'acrylique, la rayonne, etc.) comme matières premières et combiner des fibres organiques avec des résines plastiques pour carboniser et fabriquer des fibres de carbone.
Fibre de carbone à base de PAN-
Le processus de production de fibre de carbone à base de PAN- comprend principalement deux processus : la production de précurseurs et la carbonisation du précurseur : d'abord, à travers une série de processus tels que la polymérisation et le filage de l'acrylonitrile, il est transformé en fibre de polyacrylonitrile ou précurseur appelé "mère", et ces précurseurs sont placés dans un four d'oxydation pour une oxydation à 200 à 300 degrés C, puis dans un four de carbonisation, la carbonisation et d'autres processus sont effectués à une température de 1000 à 2000 degrés C pour fabriquer de la fibre de carbone.
Fibre de carbone à base d'asphalte-
Les États-Unis ont inventé l'asphalte mésophase métallique de base contenant de la fibre de carbone à base d'asphalte textile-. Une fois le précurseur stabilisé et carbonisé, la résistance à la traction de la fibre de carbone est de 3,5 G Pa et le module est de 252 G Pa ; La France a développé une fibre de carbone à base d'asphalte mésophase -résistante à la chaleur et hautement conductrice-, et la Pologne a développé une nouvelle méthode pour la fibre de carbone à revêtement métallique-. Par exemple, la fibre de carbone à base d'asphalte recouvert de cuivre--est fabriquée par une méthode de mélange. Tout d'abord, le sel de cuivre est mélangé avec du goudron de houille isotrope, un filage centrifuge est effectué, stabilisé dans l'air et traité dans de l'hydrogène à haute température - pour obtenir un alliage de cuivre et de fibre de carbone. La capacité de production mondiale de fibre de carbone à base d'asphalte-est relativement faible. La recherche et le développement nationaux de fibres de carbone à base d'asphalte ont commencé plus tôt, mais il existe un écart important en termes de développement, de production et d'application par rapport aux pays étrangers.
La fibre de carbone est divisée en deux catégories selon différentes spécifications de produit : qualité aérospatiale et qualité industrielle, également connue sous le nom de petit câble et grand câble. La fibre de carbone supérieure à 48K est généralement appelée fibre de carbone à gros remorquage, y compris 360K et 480K. La fibre de carbone de qualité aérospatiale-était principalement 3K au début et s'est progressivement développée en 12K et 24K. Il est principalement utilisé dans la défense nationale, l'industrie militaire et la haute technologie, ainsi que dans les produits de sport et de loisirs, tels que les avions, les missiles, les fusées, les satellites, les cannes à pêche, les clubs et les raquettes. La fibre de carbone de qualité industrielle-est utilisée dans différentes industries civiles, notamment : le textile, la médecine et la santé, l'électromécanique, le génie civil, les transports et l'énergie.
,
