Guide de traitement des composites en fibre de carbone
Composites en fibre de carbone : Guide de traitement
Le traitement des composites en fibre de carbone (CF) est une entreprise délicate, étant donné que la plupart des ingénieurs qui envisagent de produire ou de concevoir ont une expérience dans la conception de pièces métalliques.il a été appelé aluminium noir, et sa conception et sa fabrication ont été décrites comme de l'art noir.Qu'est-ce que c'est, vraiment ?
Le but de ce guide de conception est de fournir des informations générales et des spécifications sur les matériaux composites en fibre de carbone et quelques lignes directrices pour la conception de produits légers à hautes performances avec des composites en fibre de carbone.
Pourquoi la fibre de carbone
Les composites en fibre de carbone ont des propriétés mécaniques exceptionnelles par rapport aux métaux et plastiques homogènes.Le matériau est solide, rigide et léger.Ces composites sont le matériau de choix pour les applications où la légèreté et des performances supérieures sont primordiales, telles que les composants pour les engins spatiaux, les avions de combat et les voitures de course.
Qu'est-ce que les composites en fibre de carbone
Les matériaux composites sont fabriqués en combinant un renfort (fibre) avec une matrice (résine), et cette combinaison de fibre et de matrice offre des caractéristiques supérieures à l'un ou l'autre des matériaux seuls.Dans un matériau composite, la fibre supporte la majorité de la charge et est le principal contributeur aux propriétés du matériau.La résine aide à transférer la charge entre les fibres, empêche les fibres de se déformer et lie les matériaux entre eux.
Combien ça coûte?
Historiquement, les composites en fibre de carbone étaient très coûteux, ce qui a limité leur utilisation à des applications spéciales.Cependant, au cours des dix-sept dernières années, à mesure que la consommation augmentait et que l'automatisation des processus de fabrication augmentait, le prix des composites en fibre de carbone a baissé.L'effet combiné a fait baisser le coût global des produits en aluminium haut de gamme.Aujourd'hui, les composites en fibre de carbone sont économiquement viables dans de nombreuses applications telles que les articles de sport, les bateaux de performance, les véhicules de performance et les machines industrielles hautes performances.
Applications
Les matériaux composites sont extrêmement polyvalents.L'ingénieur peut choisir parmi une grande variété de fibres et de résines pour obtenir les propriétés matérielles souhaitées.De plus, l'épaisseur du matériau et les orientations des fibres peuvent être optimisées pour chaque application.
Les avantages des composites en fibre de carbone sont :
1.Raideur spécifique élevée (rigidité divisée par la densité)
2. Haute résistance spécifique (résistance divisée par la densité)
3.Coefficient de dilatation thermique (CTE) extrêmement faible
4. Transparent aux rayons X (en raison de son faible poids moléculaire)
Dans quelles applications les composites en fibre de carbone sont-ils utilisés ?
Le positionnement unique des composites en fibre de carbone avec une résistance spécifique élevée, une rigidité et un faible CTE leur offre une place unique dans de nombreux domaines d'application, comme indiqué dans le tableau ci-dessous :
Applications typiques des composites en fibre de carbone
Informations de conception
Les composites en fibre de carbone sont considérés comme des « matériaux de conception » car les pièces peuvent être adaptées pour avoir une résistance et/ou une rigidité dans les directions et les emplacements nécessaires.Ceci est réalisé en plaçant stratégiquement les matériaux et en orientant la direction des fibres pour répondre au mieux aux exigences.En outre, la flexibilité de conception et de fabrication offerte par les composites en fibre de carbone offre des opportunités d'optimiser la conception, telles que la consolidation et l'incorporation de nombreuses fonctionnalités in situ, afin de réduire davantage le prix total de la pièce.
Outillage
Les moules sont utilisés pour définir la forme des pièces composites.La pièce composite reprendra toutes les formes et caractéristiques des moules ;par conséquent, la qualité de la pièce est fortement influencée par la qualité du moule.Les moules peuvent être mâles ou femelles.Les moules femelles sont les plus courants et ils produiront une pièce avec une surface extérieure lisse tandis qu'un moule mâle produira une surface intérieure lisse.Un moule apparié (mâle et femelle) est nécessaire si la pièce est consolidée à l'aide d'une presse.
Outillage en deux parties, communément appelé « clamshell »
Les moules peuvent être fabriqués avec des matériaux composites, de l'époxy chargé de métal ou usinés à partir d'aluminium ou d'acier.Le type de moule et les matériaux utilisés dépendent du type de pièce et de la quantité produite.
Processus de fabrication
Production avancée de fibre de carbone généralement réalisée à l'aide de fibre de carbone pré-imprégnée de résines thermodurcissables.Les deux principales méthodes utilisées sont :
1. Couchage à la main
Le drapage à la main de matériaux tissés pré-imprégnés est toujours une grande partie de l'industrie de fabrication composite, nécessitant les compétences et l'expérience d'une main-d'œuvre humaine pour former des plis plats dans des formes complexes.Il est capable de produire des pièces hautes performances et complexes, mais peut être un processus coûteux et très variable.
2. Placement automatisé des fibres (AFP)
Les principaux éléments à prendre en compte sont la largeur de la fibre que vous utilisez et le rayon du rouleau de compactage.
