Comprendre les composites CFRP

— Les étonnantes capacités des polymères renforcés de fibre 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 unmatériau 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 comprendre lepropriétés des composites FRPet les capacités des différents renforts tels que 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:Une traditionnellecomposite renforcé de fibre de verreen utilisant de la fibre de verre continue avec une fibre de verre à 70 % (poids de 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 empirique décente 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 celle de l'acier.Vous pouvez imaginer pourquoi les constructeurs automobiles étudient l'utilisation de la fibre de carbone au lieu de 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 de la structure en fibre de carbone.

Bien sûr, de nombreuses variables pourraient modifier cette comparaison.Le grade et la qualité des matériaux peuvent être différents, et avec les composites, leprocessus de fabrication, l'architecture de la fibre et la qualité doivent être pris 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.Selon les conditions actuelles du marché (offre et demande), le type de fibre de carbone (qualité aérospatiale ou commerciale) et 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 par livre peut être entre 5 fois 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, strictement à cause de la conductivité.

Par exemple, dans l'industrie des services publics, de nombreux produits doivent utiliser des fibres de verre.C'est également l'une des raisons pour lesquelles les échelles utilisent la fibre de verre comme rails d'échelle.Si une échelle en fibre de verre devait entrer en contact avec une ligne électrique, les risques d'électrocution sont beaucoup plus faibles.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 des produits plus rentables.Espérons que, de notre vivant, nous pourrons voir la fibre de carbone rentable utilisée dans un large éventail d'applications grand public, industrielles et automobiles.