Quelle est la durabilité de la fibre de carbone ?

La fibre de carbone est plus résistante que l'acier, plus légère que la fibre de verre et plus rigide que l'aluminium. Mais est-ce durable ? De nombreux facteurs contribuent à la durabilité d'un matériau. Voici un aperçu de la résistance de la fibre de carbone à l'usure au fil du temps.

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Dans cet article :

1. La fibre de carbone peut-elle rouiller ?
2. La fibre de carbone peut-elle casser ?
3. Les conditions météorologiques affectent-elles la durabilité de la fibre de carbone ?
4. La fibre de carbone peut-elle résister à la chaleur ?
5. La fibre de carbone est-elle à l'épreuve des balles ?

La fibre de carbone peut-elle rouiller ?

La fibre de carbone est chimiquement stable, résistante à la corrosion et ne rouille pas. C'est pourquoi il fonctionne bien dans des environnements difficiles. Mais des agents oxydants forts, tels que le peroxyde d'hydrogène ou l'acide sulfurique, peuvent l'affecter.

De même, la résine époxy est inerte et ne rouille pas et ne se corrode pas. Il est cependant sensible à la lumière du soleil. Couvrez donc les composites en fibre de carbone avec une finition résistante aux UV pour éviter les dommages à long terme dus au soleil.

Il convient de noter que les composites en fibre de carbone peuvent provoquer une corrosion galvanique lorsqu'ils sont en contact avec certains métaux. Bien que cela ne conduira pas à une corrosion de surface évidente à court terme, les produits de corrosion s'accumulent et entraînent des dommages avec le temps. Heureusement, cela nécessite des conditions spécifiques, et certains revêtements offrent une protection.

La fibre de carbone peut-elle casser ?

La reponse courte est oui. N'importe quel matériau peut échouer, mais c'est un peu plus compliqué que cela. De nombreux facteurs, tels que le processus de production, la conception et l'utilisation, affectent la durabilité.

Par exemple, des espaces peuvent se former et il est plus probable qu'elle se fissure si le fabricant applique la résine de manière inégale ou n'en utilise pas assez. Au fil du temps, ces petites fissures peuvent se propager jusqu'à ce qu'elles se brisent. Même des impacts mineurs peuvent éventuellement conduire à un échec.

L'orientation des fibres et des couches de fibres a également un effet significatif sur la résistance à la fatigue. Tout comme le type de force que vous appliquez. Les forces de compression, de cisaillement et de tension provoquent différents types de défaillance.

La fibre tissée dans un drapage à 0° a une résistance à la torsion moindre qu'à 45°, par exemple. Il peut donc se casser si vous le tordez.

En fin de compte, si vous restez sous le seuil de charge pour une pièce en particulier, elle ne se cassera pas facilement.

Sachez également qu'il est difficile de détecter des signes de dommages indiquant une défaillance imminente. Et contrairement à d'autres matériaux qui se plient ou se déforment, lorsque la fibre de carbone tombe en panne, elle peut tomber en panne de façon spectaculaire et se briser.

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Les conditions météorologiques affectent-elles la durabilité de la fibre de carbone ?

La fibre de carbone a une faible dilatation thermique. Ainsi, sa forme, sa surface, son volume ou sa densité ne changent pas beaucoup en réponse aux changements de température. Cela ne veut pas dire qu'il est à l'abri des effets des conditions météorologiques à long terme. Des études ont révélé que des combinaisons de conditions météorologiques peuvent avoir des effets distincts sur la fibre de carbone dans différents contextes.

Cycles de gel-dégel

La Civil Engineering Research Foundation a identifié les cycles de gel-dégel comme une menace possible pour la durabilité de la fibre de carbone. De plus, ils ont découvert que les conditions de gel-dégel dégradent davantage le béton armé de fibres de carbone dans l'eau salée.

Ce n'est pas forcément la fibre de carbone qui perd son intégrité mais plutôt la formation de microfissures dans la matrice et le décollement fibre/matrice. Et les effets sont en partie dus au fait que l'adhésif structurel n'est pas aussi avancé que les autres utilisations de la fibre de carbone.

Enfin, malgré ces effets, une autre étude a révélé que le béton armé de fibres de carbone était plus durable que le béton standard.

Vieillissement hygrothermique

Le vieillissement hygrothermique peut avoir un impact sur la durabilité de la fibre de carbone dans certaines applications mais pas dans d'autres.

Qu'est-ce que le vieillissement hygrothermique ? Le vieillissement hygrothermique fait référence à une combinaison de chaleur et d'humidité et à son effet sur une structure.

Une exposition prolongée à la chaleur et à l'humidité peut avoir peu d'effet sur la résistance à la flexion de la fibre de carbone. Mais sous charge soutenue et en présence d'eau salée, la résistance à la traction diminue entre 7 % et 12 %.

Cycles humides-secs

Une étude montre que les cycles secs-humides peuvent avoir un impact négatif significatif sur la résistance à la traction. Après 4000 cycles sec-humide, la probabilité de défaillance augmente considérablement.

En revanche, il a une influence limitée sur la déformation de la fibre de carbone.

Exposition UV et condensation

Le rayonnement UV et la condensation fonctionnent de manière synergique qui provoque l'érosion de la matrice époxy, mais cela n'affecte pas la fibre de carbone. L'érosion de l'époxyde peut finalement diminuer la résistance à la traction jusqu'à 29 % et conduire à une durabilité moindre.

Comme mentionné, une finition résistante aux UV aidera à protéger les composites en fibre de carbone.

Dans l'ensemble, les conditions météorologiques affectent la fibre de carbone. Mais les effets dépendent de la façon dont vous l'utilisez. Par exemple, les conditions météorologiques ont un impact plus notable sur les bâtiments en fibre de carbone qu'un cadre de vélo en carbone.

La fibre de carbone peut-elle résister à la chaleur ?

Les fibres de carbone peuvent résister à la chaleur. Mais la fibre de carbone est principalement utilisée dans une matrice telle que le béton, le plastique ou l'époxy, ce qui peut limiter sa tolérance à la chaleur. En d'autres termes, la matrice joue un rôle plus important dans la résistance à la chaleur d'une pièce en fibre de carbone que la fibre seule.

Par exemple, certains époxydes peuvent résister à des températures allant jusqu'à 100  (212 ℉), tandis que le composite à matrice de carbone renforcé de fibres de carbone peut tolérer des températures supérieures à 2000 ℃ (3632 ).

La fibre de carbone est-elle à l'épreuve des balles ?

En théorie, la fibre de carbone pourrait arrêter une balle, mais le Kevlar® ou une autre fibre aramide a plus de flexibilité et de résistance aux chocs. De plus, le Kevlar® est une option plus rentable pour les blindages pare-balles.

La fibre de carbone offre un haut niveau de protection contre certains objets. Vous verrez souvent des conducteurs de voitures de course l'utiliser pour se protéger car il disperse l'impact des forces. Mais en ce qui concerne les balles, vous aurez besoin de plusieurs couches pour l'arrêter.

Regardez cette vidéo pour voir comment le composite en fibre de carbone résiste aux balles.

Cependant, les nanotubes de carbone peuvent résister aux balles. Les nanotubes sont constitués d'atomes de carbone liés selon des motifs hexagonaux répétés pour créer un cylindre creux. Ces nanotubes peuvent mieux absorber l'énergie des missiles balistiques que la fibre de carbone et, dans certains cas, même le Kevlar®.

Sous sa forme la plus basique, la fibre de carbone est du graphite de carbone, qui durera pratiquement éternellement. Le matériau n'est généralement pas photodégradable ou biodégradable. Cependant, certains facteurs influencent sa durabilité, comme sa matrice. De plus, l'utilisation intensive de composites et les facteurs environnementaux pourraient affecter sa durabilité et ses applications potentielles. En général, les scientifiques prévoient que les pièces en fibre de carbone dureront plus de 50 ans.

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