Quelle est la résistance de la fibre de carbone ? | Découvrez ce qui rend cet élément si résistant

Lorsqu'elle est synthétisée correctement, la fibre de carbone peut être 10 fois plus résistante que l'acier. Quelle est la résistance de la fibre de carbone dans sa forme de base, et comment pouvez-vous maximiser sa résistance ? Nous répondrons à ces questions et bien plus dans cet article !

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1. Comment fabrique-t-on de la fibre de carbone solide ?
2. Pourquoi la fibre de carbone est-elle si résistante ?
3. La fibre de carbone se casse-t-elle facilement ?
4. La fibre de carbone est-elle plus résistante que le KEVLAR® ?
5. Pouvez-vous brûler de la fibre de carbone ?
6. La fibre de carbone peut-elle rouiller ?
7. Quelle est la résistance du filament en fibre de carbone ?

Comment fabriquez-vous de la fibre de carbone solide ?

Tout d'abord, une feuille de fibres et d'autres polymères est chauffée à très haute température dans un espace exempt d'oxygène. Comme il n'y a pas d'oxygène, la fibre ne peut pas brûler mais devient si chaude qu'il ne reste que des atomes de carbone.

Ensuite, le carbone est stabilisé et carbonisé. Cela implique de chauffer le charbon résistant aux brûlures à des températures élevées à l'air libre, puis de le placer dans un four rempli de gaz chimiques (mais pas d'oxygène) et de le cuire encore plus loin.

Troisièmement, la feuille est refroidie et immergée dans divers gaz chimiques, y compris l'oxygène, pour lui donner de meilleures propriétés de liaison.

Enfin, un revêtement en résine époxy est appliqué sur la feuille pour protéger les fibres des dommages lorsqu'ils sont utilisés pour fabriquer des produits. La composition du revêtement varie en fonction des matériaux initiaux utilisés pour la fibre.

C'est le processus de fabrication d'une seule feuille de fibre de carbone, qui est un matériau de construction extrêmement résistant mais qui peut encore être fragile et facile à casser à certains égards. Pour plus d'informations sur la façon dont les feuilles de fibre de carbone deviennent presque incassables, consultez la section ci-dessous sur « La fibre de carbone se brise-t-elle facilement ? »

Il est important de savoir que la fabrication de fibre de carbone solide est un processus extrêmement complexe qui ne peut certainement pas être fait à la maison.

Regardez cette vidéo pour zoomer sur la fibre de carbone et voir à quel point les brins de fibre de carbone deviennent solides et étroitement liés.

Pourquoi la fibre de carbone est-elle si résistante ?

La fibre de carbone est l'un des matériaux les plus solides sur terre en raison des liaisons en chaîne de ses molécules. Cette structure est créée pendant toutes les réactions chimiques et les changements de température extrêmes que la fibre subit pendant sa fabrication.

Les processus lient ensemble des milliers de petits brins et les mélangent avec un époxy. Ces brins forment une couche de fibre de carbone, dont la résistance est affectée par l'orientation précise des brins et les types de tissus utilisés dans la couche.

Une seule couche de fibre de carbone mesure généralement environ 0,25 mm d'épaisseur et n'est pas du tout très résistante. En fait, à cette épaisseur, la fibre de carbone est très facile à casser. Cela peut être contre-intuitif par rapport à ce que vous savez de la résistance de la fibre de carbone, mais la résistance est créée lors du processus d'empilement de plusieurs couches également en utilisant l'orientation et le tissage des fibres, également connu sous le nom de « superposition ».

La pureté moléculaire de la fibre de carbone l'aide également à développer une structure étroitement liée.

La fibre de carbone se casse-t-elle facilement ?

La réponse courte est que c'est possible, comme décrit ci-dessus. L'avantage de la fibre de carbone est que vous pouvez contrôler la force et la direction de la force. Par exemple, si vous voulez qu'il soit très résistant dans un sens et plus flexible dans l'autre, vous pouvez le faire en utilisant un type de tissu et une superposition spécifiques.

Feuilles unidirectionnelles

Pour expliquer, imaginez un de ces tapis en bois servant à faire des sushis. Le tapis est composé d'un tas de tiges de bois étroites parallèles les unes aux autres et liées entre elles. Le résultat est qu'il est facile de plier le tapis si vous le pliez contre le grain. Cependant, si vous pliez dans le sens du grain, le tapis ne se pliera pas du tout facilement, car cela signifierait qu'il se plierait suffisamment fort pour casser les tiges de bois.

Les feuilles de fibre de carbone sont composées d'une série de tiges parallèles, similaires au tapis à sushi. Mais en fibre de carbone, les tiges sont en fibre traitée et sont bien plus résistantes que le bois. De ce fait, il est assez difficile de casser une feuille de fibre de carbone si vous appliquez une pression dans le même sens que les tiges. Une nappe de tiges allant dans une direction est similaire à un type de tissu en fibre de carbone appelé « unidirectionnel », où toutes les fibres vont dans la même direction.

Imaginez maintenant que vous collez deux tapis à sushi l'un sur l'autre, avec les tiges en bois du tapis inférieur dans un sens et les tiges du tapis supérieur dans l'autre sens. Maintenant, les tapis se soutiennent et s'empêchent de se plier dans les deux sens.

Avec la fibre de carbone unidirectionnelle, lorsque vous empilez les couches de matériau, vous pouvez contrôler la direction de la résistance avec chaque couche. Ce contrôle de la direction de la force est l'un des avantages de la fibre de carbone. En utilisant plusieurs couches, vous pouvez rendre le produit final aussi solide que nécessaire pour l'application donnée.

Draps tissés

Dans les feuilles tissées de fibre de carbone, les filaments sont tissés ensemble comme les brins d'un panier pour mieux tenir ensemble. Il existe de nombreux types de tissages différents qui sont utilisés pour un certain nombre de raisons différentes. Cela pourrait être esthétique, ou il pourrait être plus facile de travailler un type particulier de matériau dans un moule, et/ou cela pourrait avoir plus de résistance dans plusieurs directions. Les types de tissus utilisés et l'orientation dans laquelle ils sont placés pour contrôler la résistance font tous partie du développement de la stratégie de superposition.

Quel que soit le type de tissage, cependant, une seule feuille de fibre tissée sera toujours assez faible à moins qu'elle ne soit superposée.

Les piles de feuilles de fibre de carbone (tissées ou unidirectionnelles) avec des orientations alternées sont extrêmement solides - jusqu'à 18 fois la résistance de l'acier, en fait.

Regardez cette vidéo pour voir comment la fibre de carbone est conçue pour être si solide :

La fibre de carbone est-elle plus résistante que le KEVLAR® ?

La fibre de carbone et la fibre d'aramide (KEVLAR® est simplement une marque de fibre d'aramide) ont une résistance à peu près égale, bien que chacune ait ses avantages et ses inconvénients.

Tout d'abord, comprenez que les deux matériaux comprennent de nombreuses feuilles minces de leurs tissus respectifs et n'atteignent une résistance réelle que lorsqu'ils sont épaissis à l'aide de plusieurs couches de fibres tissées.

Même lorsque de nombreuses couches sont tissées ensemble, la fibre de carbone est très fine et légère. Il est également extrêmement fort, mais il a du mal à résister aux objets tranchants comme les couteaux.

Le KEVLAR®, en revanche, est plus épais que la fibre de carbone et il est plus difficile à pénétrer. Parce qu'il est plus épais, cependant, il est plus lourd et moins flexible. Il est également beaucoup moins résistant à la chaleur que la fibre de carbone.

Pouvez-vous brûler de la fibre de carbone ?

Vous auriez du mal à brûler de la fibre de carbone.

Si vous le chauffez jusqu'à 750 degrés, il brûlera très lentement tant qu'une source de combustible brûlante lui sera appliquée. Mais même à ce stade, la combustion s'arrêtera dès que la source de combustible sera supprimée.

Cette combustion limitée est causée par la résine combinée au carbone dans la fibre, car le carbone lui-même ne brûlera pas. La seule raison pour laquelle la fibre brûle est que les composants non carbonés qu'elle contient brûleront.

Il existe différents types de résine qui peuvent supporter différentes variétés de chaleur. Une résine époxy typique est bonne jusqu'à environ 200 degrés Fahrenheit, mais une résine à haute température résistera généralement à une chaleur allant jusqu'à 400 degrés. Vérifiez toujours les spécifications de la résine utilisée.

Parce que la fibre de carbone est si résistante à la chaleur mais toujours si solide, elle est utilisée dans de nombreuses applications d'ingénierie comme le revêtement intérieur des moteurs.

La fibre de carbone peut-elle rouiller ?

Non. Les liaisons étroites de la fibre de carbone sont immunisées contre l'oxydation en raison des processus chimiques complexes utilisés lors de la fabrication. Les résines époxy utilisées pour protéger la fibre de carbone des dommages sont inertes, ce qui signifie qu'elle est à l'abri de la rouille et d'autres types de corrosion.

Quelle est la résistance du filament en fibre de carbone ?

Un filament en fibre de carbone est la corde individuelle utilisée sur un tissu en fibre de carbone. Ces brins sont généralement liés ensemble à l'aide d'une résine, qui est le RP en CFRP (plastique renforcé de fibres de carbone). En associant le matériau utilisé à la composition chimique exacte de la fibre de carbone, les ingénieurs peuvent créer quelque chose d'encore plus durable, solide et léger que ses pièces.

Dans un tissu tissé, chaque brin de fibre de carbone aura normalement entre 1 000 et 12 000 filaments individuels, soit moins que la largeur d'un cheveu humain.

Alors, quelle est la résistance de la fibre de carbone ? Disons-le simplement de cette façon :il n'y a pas beaucoup de matériaux dans le monde plus résistants que la fibre de carbone, surtout pas ceux disponibles dans le commerce.

Vous voulez voir la force de la fibre de carbone en action ? Regardez cette vidéo !

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