La fibre de carbone (FC) est un nouveau type de matériau fibreux à haute résistance et à haut module, contenant plus de 95 % de carbone. Elle est composée de feuilles de graphite microcristallin et d'autres fibres organiques empilées axialement, puis carbonisées et graphitées pour obtenir des matériaux en graphite microcristallin. Plus flexible et rigide que l'aluminium, la fibre de carbone offre une résistance supérieure à celle de l'acier. Elle présente des caractéristiques de résistance à la corrosion et de module élevé. C'est un matériau important dans les domaines de la défense, militaire et civil. Elle possède non seulement les caractéristiques intrinsèques des matériaux en carbone, mais aussi la souplesse et l'usinabilité des fibres textiles. Il s'agit d'une nouvelle génération de fibres de renforcement.

Les fibres de carbone présentent de nombreuses excellentes propriétés, telles qu'une résistance axiale et un module élevés, une faible densité, une propriété spécifique élevée, l'absence de fluage, une résistance aux températures ultra-élevées, une bonne résistance à la fatigue en milieu non oxydatif, une conductivité thermique et thermique spécifique entre métal et non métallique, un faible coefficient de dilatation thermique et d'anisotropie, une bonne résistance à la corrosion et une bonne transmission des rayons X. Bonne conductivité thermique et conductrice, bon blindage électromagnétique, etc.

Le module de Young de la fibre de carbone est plus de trois fois supérieur à celui de la fibre de verre traditionnelle ; il est environ deux fois supérieur à celui de la fibre de Kevlar. Elle est insoluble dans les solvants organiques, les acides et les bases, et offre une excellente résistance à la corrosion.

Domaine d'application

La fibre de carbone est un matériau stratégique important pour le développement de l'industrie de la défense nationale et de l'économie nationale. C'est un matériau clé à forte intensité technologique. Grâce à la recherche universitaire, passant des fibres courtes aux fibres longues, la technologie et les produits utilisant la fibre de carbone pour la fabrication de matériaux chauffants se sont progressivement popularisés. Dans un contexte d'industrialisation rapide, l'utilisation de la fibre de carbone se diversifie. La Chine a utilisé la fibre longue comme fibre haute performance. Face aux températures élevées et à la stabilité physique élevée, les matériaux composites en fibre de carbone présentent des avantages irremplaçables. Plus la résistance spécifique du matériau est élevée, plus le poids propre est faible et plus le module spécifique du composant est élevé, plus sa rigidité est élevée. Grâce à ses excellentes performances, la fibre de carbone offre un large éventail d'applications dans les secteurs de la défense nationale et civil.

Les matériaux en fibre de carbone sont largement utilisés dans divers secteurs de l'industrie militaire et civile, de l'aérospatiale, de l'aviation, de l'automobile, de l'électronique, des machines, de la chimie, du textile et d'autres industries civiles, jusqu'aux équipements sportifs et aux articles de loisirs. Les composites renforcés de fibres de carbone peuvent être utilisés dans les industries militaires telles que la construction aéronautique, les pales d'éoliennes et d'autres secteurs industriels, les matériaux de blindage électromagnétique, les ligaments artificiels et autres substituts corporels, ainsi que dans la fabrication d'obus de fusée, de navires à moteur, de robots industriels, de ressorts à lames et d'arbres de transmission pour automobiles, de battes de baseball et autres terrains de sport. La fibre de carbone est un nouveau type de matériau industriel dans le secteur des hautes technologies.

Matériau composite PRF

Les fibres de carbone sont traditionnellement utilisées comme matériaux d'isolation thermique. La plupart d'entre elles sont ajoutées aux résines, métaux, céramiques, béton et autres matériaux comme renforts pour former des composites. La fibre de carbone est devenue le renfort le plus important pour les matériaux composites avancés. Largement utilisés dans l'aérospatiale, la défense, l'armée et le civil, les composites en fibre de carbone sont légers et robustes, résistants aux hautes températures, à la corrosion et à la fatigue, offrant une bonne stabilité dimensionnelle, une conception soignée et un moulage intégral sur de grandes surfaces. La fibre de carbone peut être transformée en tissu, feutre, mat, courroie, papier et autres matériaux. La fibre de carbone haute performance est le renfort le plus important pour la fabrication de matériaux composites avancés.

Génie civil

Architecture civile : La fibre de carbone devrait également être utilisée dans les bâtiments industriels et civils, les ponts ferroviaires et routiers, les tunnels, les cheminées, les structures de pylônes et autres renforts. La construction ferroviaire, les systèmes de toiture à grande échelle et les murs d'isolation phonique trouveront bientôt de bonnes applications. Ces applications prometteuses sont également prometteuses. Il présente les caractéristiques suivantes : faible densité, haute résistance, bonne durabilité, forte résistance à la corrosion, aux acides, aux alcalis et autres produits chimiques, bonne flexibilité et forte capacité de déformation. Le toit de la charpente en treillis tubulaire en fibre de carbone est environ 50 % plus léger que celui en acier, ce qui permet aux structures de grande taille d'atteindre un niveau pratique, et améliore considérablement l'efficacité de la construction et la résistance aux séismes. De plus, l'utilisation de PRFC pour renforcer les structures en béton permet d'éviter l'ajout de boulons et de rivets, ce qui minimise les perturbations sur la structure en béton d'origine et simplifie la construction.

Aéronautique et astronautique

La fibre de carbone est un matériau stratégique indispensable pour les armes de pointe telles que les fusées, les satellites, les missiles, les chasseurs et les navires. L'utilisation de composites en fibre de carbone pour les missiles et les enveloppes de moteurs de missiles stratégiques permet de réduire considérablement le poids et d'améliorer la portée et la capacité d'attaque des missiles. Par exemple, des composites en fibre de carbone et en résine époxy sont utilisés dans toutes les enveloppes à trois étages des missiles intercontinentaux développés dans les années 1980. Les composites en fibre de carbone sont également largement utilisés dans les avions de chasse de nouvelle génération, comme le F22 de quatrième génération, qui utilise environ 24 % de composites en fibre de carbone. Ce chasseur offre ainsi des caractéristiques de croisière supersonique, de combat aérien, de grande maniabilité et de furtivité. Boeing a lancé une nouvelle génération d'avion de transport de passagers à fuselage large et rapide, le Sonic Cruiser. Environ 60 % des composants structurels, y compris les ailes, seront fabriqués en composites plastiques renforcés de fibres de carbone. Les performances des freins préfabriqués en composites en fibre de carbone fabriqués en Chine ont atteint un niveau international. Les disques de frein en carbone fabriqués grâce à cette technologie de préfabrication ont été utilisés en série dans des avions militaires clés de la défense nationale et dans des avions civils de type B757. L'utilisation de ces disques de frein en carbone dans d'autres modèles d'avions est également en cours d'expérimentation et sera généralisée aux chars, aux trains à grande vitesse, aux voitures de luxe, aux voitures de course, etc. Les fibres de carbone sont plus légères que l'aluminium, mais présentent une résistance similaire. Elles présentent également une valeur ajoutée importante pour les navires de guerre. Elle permet de réduire le poids structurel des navires de guerre et d'augmenter leur charge utile, améliorant ainsi leur capacité de transport de matériel de combat. La fibre de carbone est insensible à la corrosion et à la rouille. Grâce à sa capacité à réduire considérablement le poids structurel, la consommation de carburant peut être considérablement améliorée. Les avions et les engins spatiaux en composites fibre de carbone-plastique, comme les satellites et les fusées, sont silencieux, consomment peu d'énergie grâce à leur faible masse et permettent d'importantes économies de carburant. On estime qu'une réduction de 1 kg par engin spatial peut alléger le lanceur de 500 kg.

La fibre de carbone est également le matériau idéal pour les véhicules légers modernes tels que les gros porteurs civils, les automobiles et les trains à grande vitesse. La demande en fibre de carbone dans l'aviation est en hausse, la nouvelle génération d'avions civils Airbus A380 et Boeing 787 utilisant environ 50 % de composites en fibre de carbone. Le Boeing 777 utilise de la fibre de carbone comme matériau de structure, notamment pour les empennages et les poutres transversales horizontales et verticales, des matériaux de structure importants. Ses exigences de qualité sont donc extrêmement élevées. La coque du 787 est également en fibre de carbone, ce qui lui permet de voler plus vite, de consommer moins de carburant, d'augmenter l'humidité de la cabine et d'améliorer le confort des passagers. Airbus utilise également beaucoup de fibre de carbone dans ses avions, et cette fibre sera largement utilisée dans le nouvel A380. Cela a permis de réduire de 20 % le poids de la cellule et les économies de carburant par rapport à des avions similaires, réduisant ainsi considérablement les coûts d'exploitation et les émissions de dioxyde de carbone.

Matériau automobile

La fibre de carbone est également un matériau privilégié par les constructeurs automobiles.

Elle est largement utilisée dans la décoration intérieure et extérieure des automobiles. La fibre de carbone, utilisée comme matériau automobile, présente les principaux avantages suivants : légèreté et résistance. Son poids n'est que de 20 à 30 % équivalent à celui de l'acier, alors que sa dureté est plus de 10 fois supérieure. Par conséquent, son utilisation dans la construction automobile peut alléger les véhicules, constituer une avancée majeure et apporter des avantages sociaux en matière d'économies d'énergie. L'industrie estime que son utilisation va se développer dans le secteur automobile.

Les fibres de carbone sont légères, mais offrent une meilleure sécurité. Bien qu'elles ressemblent à du plastique, elles sont en réalité plus résistantes aux chocs que l'acier, notamment les volants en fibre de carbone, offrant une résistance mécanique et une résistance aux chocs supérieures. Grâce à l'association de matériaux composites, les véhicules en fibre de carbone sont devenus des véhicules blindés pour les voitures familiales. Ce matériau a été utilisé pour la jupe des trains à grande vitesse.

Articles de sport

La fibre de carbone est utilisée dans les sports et les loisirs. Parmi les principaux utilisateurs de fibre de carbone figurent les clubs, les cannes à pêche, les raquettes de tennis et de badminton, les vélos, les bâtons de ski, les skis, les mâts et les coques de voiliers. La fibre de carbone est utilisée dans des produits du quotidien, tels que les appareils audio, les salles de bains, les chauffages et autres appareils électroménagers. Les téléphones portables, les ordinateurs portables et autres produits électroniques peuvent également présenter des formes en fibre de carbone.

Les trois principales applications sportives sont les clubs et les cadres de raquettes. On estime la production annuelle de clubs à 34 millions de paires. 40 % des raquettes en fibre de carbone mondiales sont fabriquées en fibre de carbone. La production mondiale de cannes à pêche en fibre de carbone s'élève à environ 20 millions de paires par an. Les cadres de raquettes de tennis représentent un marché d'environ 6 millions de paires par an, et d'autres applications sportives incluent les crosses de hockey sur glace et de ski. La fibre de carbone est également utilisée dans d'autres sports nautiques comme l'aviron.