Fibre de carbone 101 : Comprendre les tissages et les tissus

Une fois la fibre de carbone fabriquée et façonnée, elle est souvent tissée en tissu. Pour commencer à fabriquer du tissu, les fabricants créent des faisceaux de fibres de carbone appelés câbles. Les câbles sont classés en fonction de leur teneur en fibres ou en filaments et sont communément appelés 3k, 6k, 12k et 15k. Le k signifie "mille", indiquant qu'un câble de 3k est composé de 3,000 filaments de carbone. Étant donné qu'un seul brin de fibre de carbone n'a qu'une épaisseur d'environ 5-10 microns, un câble de 3 000 mm n'a qu'une épaisseur d'environ 0,125 pouces. Un câble de 6 000 mètres est environ deux fois plus épais qu’un câble de 3 000 mètres, quatre fois plus épais qu’un câble de 12 000 mètres, et ainsi de suite. La grande quantité de fibre de carbone résistante dans un espace aussi compact confère au matériau une résistance incroyable.

tresse en fibre de carbone
Des bobines de fibre de carbone sont tissées en tissu sur un métier à tisser. Les tissages les plus courants sont l’armure toile, l’armure sergée et l’armure lisse.

Le tissu en fibre de carbone à armure toile ou armure 1x1 est symétrique et ressemble à un damier. Les câbles sont tissés selon un motif dessus/dessous, fournissant des fibres très stables et étroitement entrelacées. La stabilité du tissu fait référence à la capacité d'un matériau à conserver l'orientation de ses fibres et son angle de tissage. En raison de sa grande stabilité, le tissu uni en fibre de carbone est moins adapté aux contours complexes car il n'est pas particulièrement flexible. Cependant, il est plus facile à manipuler et n’entraîne pas de déformation du tissu. Il est donc idéal pour les tôles plates, les tubes et les courbes 2D.

Le frisage est la courbure des fibres individuelles dans le tissage, et les tissus en fibres de carbone simples ont un frisage grossier en raison de l'entrelacement serré des brins de filaments. Au fil du temps, ce curling brutal crée des points de tension qui conduisent à des zones faibles.

Le tissage sergé, composé d'un motif 2x2 ou 4x4, est le type de tissu en fibre de carbone le plus courant. Dans une tresse 2x2, chaque brin est passé sur deux brins puis sous les deux brins. Il va donc de soi qu'une tresse 4x4 se compose de chaque câble passant par quatre câbles, puis quatre autres câbles. Ce tissage dessus/dessous crée un motif diagonal distinct. La distance entre les brins entrelacés dans une armure sergée est plus longue que dans une armure toile. En conséquence, moins de curling se produit, réduisant ainsi le risque de développer des points de stress.

Le tissage sergé est flexible et peut former des contours complexes tout en conservant une bonne stabilité. Il doit être manipulé avec plus de précautions que le tissage simple pour éviter une déformation accrue des tissus. Le tissage 4x4 est plus facile à former que le tissage 2x2, mais le tissu est également moins stable.

Le tissage satiné est utilisé depuis des milliers d'années pour donner aux tissus en soie un beau drapé tout en rendant le tissu lisse et sans couture. Lorsqu’ils sont utilisés dans les composites en fibre de carbone, les tissages satinés peuvent facilement former des contours complexes. Évidemment, cela signifie que la stabilité du tissage satiné est également inférieure à celle des autres tissages.

Les tissages de satin les plus courants sont le satin à quatre lisses (4HS), le satin à cinq lisses (5HS) et le satin à huit lisses (8HS). Ce nombre représente le nombre total de traits réussis puis réussis. Par exemple, le tissu 4HS est traversé par trois brins de filament, puis par un brin de filament. Avec le 5HS, quatre câbles sont croisés puis un en dessous, tandis qu'avec le 8HS, sept câbles sont croisés puis un en dessous. Plus l’indice de tissage satiné est élevé, meilleure est la formabilité, mais plus la stabilité est mauvaise.

Il existe de nombreuses autres méthodes de tissage utilisées pour créer des tissus en fibre de carbone. Il s'agit notamment de la tresse de poisson, du câble de remorquage, de la tresse, de la tresse unidirectionnelle et de la tresse personnalisée. Chaque tissage contient des propriétés uniques qui le rendent idéal pour une utilisation dans certains modèles, mais pas un bon choix pour d'autres. De nombreux facteurs doivent être pris en compte pour déterminer quelle tresse en fibre de carbone doit être utilisée pour remplir une fonction spécifique. Ces facteurs comprennent la résistance, la formabilité, la stabilité et le curl. Les fabricants de fibres de carbone sont experts dans l’art de savoir quel tissu doit être utilisé pour quelle conception.