Comment la fibre de carbone est-elle fabriquée ?

Aussi appelée fibre de graphite ou graphite de carbone, la fibre de carbone est constituée de brins très fins de l'élément carbone. Les fibres de carbone ont une résistance à la traction élevée et sont très solides pour leur taille. C'est aussi un matériau très léger.

 

Chaque fibre mesure {{0}} microns de diamètre. Pour donner une idée de sa petite taille, un micron équivaut à 0,0001 millimètre. Un brin de soie de toile d'araignée mesure entre 3 et 8 microns.

 

Caractéristiques et application

Les fibres de carbone sont deux fois plus rigides et cinq fois plus résistantes que l'acier. Une autre caractéristique est qu'ils sont hautement résistants aux produits chimiques et ont une tolérance aux températures élevées avec une faible dilatation thermique.

 

Les fibres de carbone sont des matériaux d'ingénierie importants pour la construction d'avions, de véhicules hautes performances, d'équipements sportifs et d'instruments de musique, entre autres.

 

Comment est fabriquée la fibre de carbone

La fibre de carbone est fabriquée à partir de polymères organiques. Ces polymères sont constitués de longues chaînes de molécules maintenues ensemble par des atomes de carbone. Environ 90% des fibres de carbone sont fabriquées à partir du procédé polyacrylonitrile (PAN). Les 10% restants sont fabriqués à partir de rayonne ou de brai de pétrole.

 

Les gaz, liquides et autres matériaux utilisés dans le processus de fabrication créent certains effets, qualités et qualités de fibre de carbone. La fibre de carbone de la plus haute qualité avec les meilleures propriétés de module est utilisée dans des applications exigeantes, telles que l'industrie aérospatiale.

 

Les fabricants de fibres de carbone diffèrent les uns des autres en termes de combinaisons de matières premières qu'ils utilisent. Ils traitent généralement leurs formulations spécifiques comme des secrets commerciaux.

 

Processus de fabrication

Dans le processus de fabrication, les matières premières, appelées précurseurs, sont étirées en longs brins de fibres. Les fibres sont ensuite tissées en tissu. Ils peuvent également être combinés avec d'autres matériaux qui sont filament enroulés ou moulés dans les formes et tailles souhaitées.

 

Le processus de fabrication se déroule comme suit :

 

Filage. PAN mélangé avec d'autres ingrédients et filé en fibres, qui sont lavées et étirées.

Stabilisation. Altération chimique pour stabiliser la liaison.

Carbonisation. Fibres stabilisées chauffées à très haute température pour former des cristaux de carbone étroitement liés.

Traiter la surface. La surface des fibres est oxydée pour améliorer les propriétés de liaison.

Dimensionnement. Les fibres sont enduites et enroulées sur des bobines. Ceux-ci sont ensuite chargés sur des machines à filer qui tordent les fibres en fils de différentes tailles.

 

Au lieu d'être tissées en tissus, les fibres peuvent être transformées en composites. Pour former des matériaux composites, la chaleur, la pression ou le vide peuvent être utilisés pour lier les fibres avec un polymère plastique.

 

Éléments à prendre en considération

La fabrication de fibres de carbone comporte un certain nombre de défis, notamment :

 

La nécessité d'une récupération et d'une réparation plus rentables.

Le processus de traitement de surface doit être soigneusement réglé pour éviter de créer des piqûres qui pourraient entraîner des fibres défectueuses.

Un contrôle étroit est nécessaire pour assurer une qualité constante.

Arcs électriques et courts-circuits dans les équipements électriques en raison de la forte électroconductivité des fibres de carbone.

Les problèmes de santé et de sécurité, parmi lesquels les irritations cutanées et les problèmes respiratoires.