Comprendre les composites CFRP

— Les capacités étonnantes des polymères renforcés de fibres de carbone.

Fibre de carboneLes composites polymères renforcés (CFRP) sont des matériaux légers et solides utilisés dans la fabrication de nombreux produits utilisés dans notre vie quotidienne. C'est un terme utilisé pour décrire un matériau renforcé de fibres.matériau compositequi utilise la fibre de carbone comme composant structurel principal. Il convient de noter que le « P » dans CFRP peut également signifier « plastique » au lieu de « polymère ».

En général, les composites CFRP utilisent des résines thermodurcissables telles que l'époxy,polyester ou vinylester. Bien querésines thermoplastiquessont utilisés dans les composites CFRP, les « composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone » portent souvent leur propre acronyme, les composites CFRTP.

Lorsque vous travaillez avec des composites ou au sein de l'industrie des composites, il est important de comprendre les termes et les acronymes. Plus important encore, il est nécessaire de comprendrepropriétés des composites FRPet les capacités des différents renforts comme la fibre de carbone.

Propriétés des composites CFRP

Les matériaux composites, renforcés de fibre de carbone, sont différents des autres composites FRP utilisant des matériaux traditionnels tels que la fibre de verre oufibre d'aramide. Les propriétés avantageuses des composites CFRP comprennent :

Poids léger :Un traditionnelcomposite renforcé de fibre de verrel'utilisation de fibre de verre continue avec une fibre composée à 70 % de verre (poids du verre/poids total) aura généralement une densité de 0,065 livre par pouce cube.

Pendant ce temps, un composite CFRP, avec le même poids de fibres de 70 %, peut généralement avoir une densité de 0,055 livre par pouce cube.

Force accrue :Non seulement les composites en fibre de carbone sont plus légers, mais les composites CFRP sont beaucoup plus solides et plus rigides par unité de poids. Cela est vrai lorsque l’on compare les composites en fibre de carbone à la fibre de verre, mais encore plus lorsqu’on les compare aux métaux.

Par exemple, une règle générale lorsque l’on compare l’acier aux composites CFRP est qu’une structure en fibre de carbone de résistance égale pèsera souvent 1/5ème de celui de l’acier. Vous pouvez imaginer pourquoi les constructeurs automobiles envisagent d’utiliser la fibre de carbone plutôt que l’acier.

Lorsque l’on compare les composites CFRP à l’aluminium, l’un des métaux les plus légers utilisés, une hypothèse standard est qu’une structure en aluminium de résistance égale pèserait probablement 1,5 fois celle d’une structure en fibre de carbone.

Bien entendu, de nombreuses variables pourraient modifier cette comparaison. La qualité et la qualité des matériaux peuvent être différentes, et avec les composites, leprocessus de fabrication, l'architecture de la fibre et la qualité doivent être prises en compte.

Inconvénients des composites CFRP

Coût:Bien qu’il s’agisse d’un matériau étonnant, il y a une raison pour laquelle la fibre de carbone n’est pas utilisée dans toutes les applications. À l’heure actuelle, les composites CFRP sont d’un coût prohibitif dans de nombreux cas. En fonction des conditions actuelles du marché (offre et demande), du type de fibre de carbone (qualité aérospatiale ou commerciale) et de la taille du câble de fibre, le prix de la fibre de carbone peut varier considérablement.

La fibre de carbone brute, sur une base de prix au kilo, peut coûter entre 5 et 25 fois plus chère que la fibre de verre. Cette disparité est encore plus grande lorsque l’on compare l’acier aux composites CFRP.

Conductivité:Cela peut être à la fois un avantage pour les composites en fibre de carbone ou un inconvénient selon l'application. La fibre de carbone est extrêmement conductrice, tandis que la fibre de verre est isolante. Beaucouples applications utilisent la fibre de verre, et ne peut pas utiliser de fibre de carbone ou de métal, uniquement en raison de la conductivité.

Par exemple, dans le secteur des services publics, de nombreux produits doivent utiliser des fibres de verre. C’est également l’une des raisons pour lesquelles les échelles utilisent de la fibre de verre comme rails. Si une échelle en fibre de verre entre en contact avec une ligne électrique, les risques d’électrocution sont bien moindres. Ce ne serait pas le cas avec une échelle CFRP.

Bien que le coût des composites CFRP reste élevé, les nouvelles avancées technologiques dans la fabrication continuent de permettre la création de produits plus rentables. Espérons que de notre vivant, nous pourrons voir la fibre de carbone rentable être utilisée dans un large éventail d’applications grand public, industrielles et automobiles.