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Fibre de carbone Il s'agit d'un matériau fibreux dont la teneur en carbone dépasse 95 %. Il présente d'excellentes propriétés mécaniques, chimiques, électriques et autres. C'est le « roi des nouveaux matériaux » et un matériau stratégique peu utilisé dans les domaines militaire et civil. Il est surnommé « l'or noir ».

La ligne de production de fibre de carbone est la suivante :

Comment est fabriquée la fibre de carbone fine ?

La technologie de production de la fibre de carbone a progressé et atteint sa maturité. Grâce au développement continu des matériaux composites en fibre de carbone, elle est de plus en plus prisée dans tous les secteurs, notamment grâce à la forte croissance des secteurs de l'aviation, de l'automobile, du ferroviaire et des éoliennes, qui stimule le développement de l'industrie de la fibre de carbone. Les perspectives sont encore plus vastes.

La chaîne industrielle de la fibre de carbone peut être divisée en deux parties : l'amont et l'aval. L'amont désigne généralement la production de matériaux spécifiques à la fibre de carbone ; l'aval désigne généralement la production de composants d'application en fibre de carbone. Les entreprises situées entre l'amont et l'aval peuvent être considérées comme des fournisseurs d'équipements pour le processus de production de fibre de carbone. Comme illustré dans la figure :

L'ensemble du processus, de la soie grège à la fibre de carbone, en amont de la chaîne industrielle, nécessite des procédés tels que des fours d'oxydation, de carbonisation, de graphitisation, des traitements de surface et un encollage. La structure de la fibre est dominée par la fibre de carbone.

L'amont de la chaîne industrielle de la fibre de carbone appartient à l'industrie pétrochimique, et l'acrylonitrile est principalement obtenu par raffinage du pétrole brut, craquage, oxydation de l'ammoniac, etc. ; Fibre précurseur de polyacrylonitrile, la fibre de carbone est obtenue par préoxydation et carbonisation de la fibre précurseur, et le matériau composite en fibre de carbone est obtenu par traitement de fibre de carbone et de résine de haute qualité pour répondre aux exigences de l'application.

Le processus de production de la fibre de carbone comprend principalement l'étirage, l'étirage, la stabilisation, la carbonisation et la graphitisation. Comme illustré sur la figure :

Dessin:Il s'agit de la première étape du processus de production de fibre de carbone. Elle consiste principalement à séparer les matières premières en fibres, ce qui constitue une transformation physique. Au cours de ce processus, un transfert de masse et de chaleur se produit entre le liquide de filage et le liquide de coagulation, puis une précipitation du PAN. Les filaments forment une structure gélatineuse.

Rédaction :Nécessite une température de 100 à 300 degrés pour fonctionner conjointement avec l'effet d'étirement des fibres orientées. C'est également une étape clé pour le module élevé, le renforcement élevé, la densification et le raffinement des fibres PAN.

Stabilité:La chaîne macromoléculaire linéaire PAN thermoplastique est transformée en une structure trapézoïdale résistante à la chaleur non plastique par la méthode de chauffage et d'oxydation à 400 degrés, de sorte qu'elle est non fondante et ininflammable à haute température, en maintenant la forme de la fibre et la thermodynamique est dans un état stable.

Carbonisation:Il est nécessaire d'éliminer les éléments non carbonés du PAN à une température de 1 000 à 2 000 degrés, et de générer finalement des fibres de carbone avec une structure en graphite turbostratique avec une teneur en carbone de plus de 90 %.

Tissu en fibre de carbone

Graphitisation : Il faut une température de 2 000 à 3 000 degrés pour convertir les matériaux carbonisés amorphes et turbostratiques en structures de graphite tridimensionnelles, ce qui constitue la principale mesure technique pour améliorer le module des fibres de carbone.

Le processus détaillé de la fibre de carbone, de la production de soie grège au produit fini, est le suivant : la soie grège PAN est produite selon le procédé précédent. Après un préétirage par la chaleur humide du dévidoir, elle est transférée séquentiellement vers le four de préoxydation par la machine à étirer. Après cuisson à différents gradients de température dans le four de préoxydation, des fibres oxydées, c'est-à-dire préoxydées, sont formées. Ces fibres préoxydées sont transformées en fibres de carbone après passage dans des fours de carbonisation à moyenne et haute température. Les fibres de carbone subissent ensuite un traitement de surface final, un encollage, un séchage et d'autres processus pour obtenir des produits en fibre de carbone. Grâce à un processus d'alimentation en fil continu et à un contrôle précis, le moindre problème peut affecter la stabilité de la production et la qualité du produit final en fibre de carbone. La production de fibre de carbone est un processus long, complexe et complexe, avec des contraintes de production importantes. Elle intègre de multiples disciplines et technologies.

Ce qui précède est la fabrication de la fibre de carbone, voyons comment le tissu en fibre de carbone est utilisé !

Traitement des produits en tissu de fibre de carbone

1. Découpe

Le préimprégné est sorti de l'entrepôt frigorifique à -18 °C. Après le réveil, la première étape consiste à découper le matériau avec précision, conformément au schéma de matériau, sur la machine de découpe automatique.

2. Pavage

La deuxième étape consiste à déposer le préimprégné sur l'outil de pose et à appliquer différentes couches selon les exigences de conception. Tous les processus sont réalisés sous positionnement laser.

3. Formation

Grâce à un robot de manutention automatisé, la préforme est envoyée à la machine de moulage pour le moulage par compression.

4. Découpe

Après le formage, la pièce est envoyée au poste de découpe robotisé pour la quatrième étape de découpe et d'ébavurage afin de garantir la précision dimensionnelle de la pièce. Ce processus peut également être exécuté sur une machine CNC.

5. Nettoyage

La cinquième étape consiste à effectuer un nettoyage à la glace sèche à la station de nettoyage pour éliminer l'agent de démoulage, ce qui est pratique pour le processus de revêtement de colle ultérieur.

6. Colle

La sixième étape consiste à appliquer la colle structurelle sur le poste de collage du robot. La position, la vitesse et le débit de colle sont ajustés avec précision. Une partie de la liaison avec les pièces métalliques est rivetée au poste de rivetage.

7. Inspection de l'assemblage

Une fois la colle appliquée, les panneaux intérieur et extérieur sont assemblés. Une fois la colle durcie, une détection par lumière bleue est effectuée pour garantir la précision dimensionnelle des trous de serrure, des points, des lignes et des surfaces.

La fibre de carbone est plus difficile à traiter

La fibre de carbone allie la forte résistance à la traction des matériaux en carbone à la souplesse de mise en œuvre des fibres. C'est un nouveau matériau doté d'excellentes propriétés mécaniques. Prenons l'exemple de la fibre de carbone et de l'acier : la résistance de la fibre de carbone est d'environ 400 à 800 MPa, tandis que celle de l'acier ordinaire est de 200 à 500 MPa. En termes de ténacité, la fibre de carbone et l'acier sont fondamentalement similaires, sans différence notable.

La fibre de carbone offre une résistance supérieure et un poids plus léger, ce qui en fait le matériau roi des nouveaux matériaux. Grâce à cet avantage, lors de la transformation des composites renforcés de fibres de carbone (PRFC), la matrice et les fibres présentent des interactions internes complexes, ce qui différencie leurs propriétés physiques de celles des métaux. La densité du PRFC est bien inférieure à celle des métaux, tandis que sa résistance est supérieure à celle de la plupart des métaux. En raison de l'hétérogénéité du PRFC, l'arrachement des fibres ou le détachement des fibres de la matrice se produit souvent pendant la transformation. Le PRFC présente une résistance élevée à la chaleur et à l'usure, ce qui le rend plus exigeant pour les équipements lors de la transformation. Une importante quantité de chaleur de coupe est donc générée lors du processus de production, ce qui aggrave l'usure des équipements.

Dans le même temps, avec l'expansion continue de ses domaines d'application, les exigences deviennent de plus en plus délicates, et les exigences en matière d'applicabilité des matériaux et les exigences de qualité du CFRP deviennent de plus en plus strictes, ce qui entraîne également une augmentation des coûts de traitement.

Traitement des panneaux de fibres de carbone

Une fois le panneau en fibre de carbone durci et formé, des opérations de post-traitement telles que la découpe et le perçage sont nécessaires pour des exigences de précision ou d'assemblage. À conditions identiques (paramètres et profondeur de coupe), le choix d'outils et de forets de différents matériaux, tailles et formes aura des effets très différents. De plus, des facteurs tels que la résistance, la direction, la durée et la température des outils et des forets influenceront également les résultats de l'usinage.

Lors du post-traitement, privilégiez un outil tranchant avec revêtement diamant et un foret en carbure monobloc. La résistance à l'usure de l'outil et du foret détermine la qualité de l'usinage et sa durée de vie. Un outil et un foret insuffisamment tranchants ou mal utilisés accélèrent non seulement l'usure, augmentent le coût d'usinage, mais endommagent également la plaque, affectant sa forme et sa taille, ainsi que la stabilité des dimensions des trous et rainures. Cela provoque une déchirure stratifiée du matériau, voire un effondrement du bloc, entraînant la mise au rebut de la plaque entière.

Lors du perçagefeuilles de fibre de carbonePlus la vitesse est élevée, meilleur est l'effet. Lors du choix des forets, la conception unique de la pointe du foret à arête frontale PCD8 est plus adaptée aux feuilles de fibre de carbone, ce qui permet une meilleure pénétration et réduit le risque de délaminage.

Pour la découpe de feuilles épaisses en fibre de carbone, il est recommandé d'utiliser une fraise à compression à double tranchant hélicoïdal gauche et droit. Cette arête tranchante possède des pointes hélicoïdales supérieure et inférieure pour équilibrer la force axiale de l'outil vers le haut et vers le bas pendant la coupe. Cela permet de diriger la force de coupe résultante vers l'intérieur du matériau, d'obtenir des conditions de coupe stables et d'éviter le délaminage. La conception des arêtes supérieure et inférieure en losange de la défonceuse « Pineapple Edge » permet également de découper efficacement des feuilles de fibre de carbone. Sa goujure profonde évacue une grande partie de la chaleur de coupe grâce à l'évacuation des copeaux pendant la coupe, évitant ainsi d'endommager les propriétés de la fibre de carbone.

01 Fibre longue continue

Caractéristiques du produit :La forme de produit la plus courante des fabricants de fibres de carbone, le faisceau est composé de milliers de monofilaments, qui sont divisés en trois types selon la méthode de torsion : NT (jamais torsadé, non torsadé), UT (non torsadé, non torsadé), TT ou ST (torsadé, torsadé), dont NT est la fibre de carbone la plus couramment utilisée.

Application principale :Principalement utilisé pour les matériaux composites tels que les matériaux composites CFRP, CFRTP ou C/C, et les domaines d'application comprennent les équipements aéronautiques/aérospatiaux, les articles de sport et les pièces d'équipements industriels.

02 Fil de fibres discontinues

Caractéristiques du produit :Les fils à fibres courtes, en abrégé, sont des fils filés à partir de fibres de carbone courtes, telles que les fibres de carbone à base de brai à usage général, qui sont généralement des produits sous forme de fibres courtes.

Principales utilisations :matériaux d'isolation thermique, matériaux antifriction, pièces composites C/C, etc.

03 Tissu en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :Il est fabriqué à partir de fibres de carbone continues ou de fils de fibres de carbone filés. Selon la méthode de tissage, les tissus en fibre de carbone peuvent être divisés en tissus tissés, tissus tricotés et tissus non tissés. Actuellement, les tissus en fibre de carbone sont généralement des tissus tissés.

Application principale :Identique à la fibre de carbone continue, elle est principalement utilisée dans les matériaux composites tels que le CFRP, le CFRTP ou les matériaux composites C/C, et les domaines d'application comprennent les équipements aéronautiques/aérospatiaux, les articles de sport et les pièces d'équipement industriel.

04 Ceinture tressée en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :Il appartient à une sorte de tissu en fibre de carbone, qui est également tissé à partir de fibre de carbone continue ou de fil filé en fibre de carbone.

Utilisation principale :Principalement utilisé pour les matériaux de renforcement à base de résine, en particulier pour la production et le traitement de produits tubulaires.

05 Fibre de carbone hachée

Caractéristiques du produit :Différent du concept de fil filé en fibre de carbone, il est généralement préparé à partir de fibres de carbone continues par traitement haché, et la longueur hachée de la fibre peut être coupée selon les besoins du client.

Principales utilisations :Habituellement utilisé comme mélange de plastiques, de résines, de ciment, etc., en mélangeant dans la matrice, les propriétés mécaniques, la résistance à l'usure, la conductivité électrique et la résistance à la chaleur peuvent être améliorées ; ces dernières années, les fibres de renforcement dans les composites en fibre de carbone d'impression 3D sont principalement des fibres de carbone hachées.

06 Meulage de la fibre de carbone

Caractéristiques du produit :Étant donné que la fibre de carbone est un matériau cassant, elle peut être préparée en matériau de fibre de carbone en poudre après broyage, c'est-à-dire broyage de fibre de carbone.

Application principale :similaire à la fibre de carbone hachée, mais rarement utilisée dans le renforcement du ciment ; généralement utilisée comme composé de plastique, de résine, de caoutchouc, etc. pour améliorer les propriétés mécaniques, la résistance à l'usure, la conductivité électrique et la résistance à la chaleur de la matrice.

07 Tapis en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :La forme principale est le feutre ou le mat. Les fibres courtes sont d'abord superposées par cardage mécanique et autres méthodes, puis préparées par aiguilletage. Également appelé non-tissé en fibre de carbone, il appartient à une famille de tissus en fibre de carbone.Principales utilisations :matériaux d'isolation thermique, substrats de matériaux d'isolation thermique moulés, couches de protection résistantes à la chaleur et substrats de couches résistantes à la corrosion, etc.

08 Papier en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :Il est préparé à partir de fibres de carbone par un procédé de fabrication de papier sec ou humide.

Principales utilisations :plaques antistatiques, électrodes, cônes de haut-parleurs et plaques chauffantes ; les applications les plus populaires ces dernières années sont les nouveaux matériaux de cathode de batterie de véhicule énergétique, etc.

09 Préimprégné en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :un matériau intermédiaire semi-durci en résine thermodurcissable imprégnée de fibres de carbone, qui possède d'excellentes propriétés mécaniques et est largement utilisé ; la largeur du préimprégné en fibre de carbone dépend de la taille de l'équipement de traitement, et les spécifications courantes incluent un matériau préimprégné de 300 mm, 600 mm et 1000 mm de largeur.

Application principale :équipements aéronautiques/aérospatiaux, articles de sport et équipements industriels, etc.

010 matériau composite en fibre de carbone

Caractéristiques du produit :Matériau de moulage par injection composé de résine thermoplastique ou thermodurcissable mélangée à de la fibre de carbone, le mélange est additionné de divers additifs et de fibres hachées, puis subit un processus de compoundage.

Application principale :S'appuyant sur l'excellente conductivité électrique, la grande rigidité et la légèreté du matériau, il est principalement utilisé dans les boîtiers d'équipement et autres produits.

Nous produisons égalementmèche directe en fibre de verre,tapis en fibre de verre, maille en fibre de verre, etmèche tissée en fibre de verre.

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