La fibre de carbone est un matériau de haute technologie, semblable à une fibre. Elle est obtenue par décomposition de fibres de matrice organique sous gaz inerte à une température de 1 000 à 3 000 °C. De couleur noire, elle présente une résistance élevée, une légèreté, une conductivité élevée, une résistance aux hautes températures et à la corrosion, ainsi qu'un faible coefficient de dilatation. Les principaux produits en fibre de carbone sont : la fibre, le tissu de carbone, l'ébauche préimprégnée (tissu), la fibre coupée, la poudre de carbone, le câble de carbone, etc. Parmi ces produits, le tissu de carbone désigne le tissu en fibre de carbone. L'ébauche préimprégnée est un arrangement uniforme de fibres de carbone dans le sens radial (ou tissé en un tissu de fibre de carbone chaîne-trame), puis préimprégné de résine pour le transformer en feuilles (ou préimprégné). Les fibres coupées désignent les fibres de carbone coupées en morceaux. La poudre de carbone est la poudre de fibre de carbone extraite de la fibre de carbone après broyage. Le tissu en fibre de carbone est principalement divisé en : tissu en fibre de carbone unidirectionnel (principalement utilisé pour le renforcement des bâtiments), tissu en fibre de carbone bidirectionnel (principalement trois organisations principales), tissu en fibre de carbone tricoté en chaîne, tissu en fibre de carbone multiaxial, etc.

1. Processus de tissage et points de contrôle du tissu en fibre de carbone.

Le tissage doit être réalisé avec une tension appropriée, car la résistance à la traction de la chaîne de la fibre de carbone est très élevée. Le tissage ne pose aucun problème. Cependant, la résistance de la trame de la fibre de carbone est très faible et elle est très difficile à user. Elle peut facilement s'effilocher au tissage, ce qui peut entraîner un encrassement du canal de chaîne, un enroulement des fils entre eux, une ouverture de la navette et même une rupture du fil de chaîne, affectant ainsi le tissage. Le tissage du tissu en fibre de carbone est un travail minutieux. Forte de nombreuses années d'expérience en production, l'entreprise a développé un métier à tisser haute performance adapté au tricotage de fibres spéciales. Spécialement conçu pour le tissage du tissu en fibre de carbone, un ensemble de technologies de production et de points de contrôle spécifiques, adaptés aux différentes spécifications et variétés de tissu, a été mis au point. Grâce à des méthodes de test rigoureuses, le tissu en fibre de carbone a été tissé avec succès, offrant un aspect et une qualité interne exceptionnels.

1.1 Contrôle de la tension du fil de chaîne

Le métier à tisser pour fibre de carbone n'utilise pas l'arbre de tissage, mais est directement sur le cadre de chaîne. Le chemin de chaîne doit être régulier et les frottements minimisés. Le contrôle de la tension de chaîne est assuré par des galets de tension en V ou en S et des galets de pression supérieurs et inférieurs. Ces galets assurent l'uniformité de la tension de chaîne et de la tension de la nappe de chaîne nécessaire au tissage, afin d'ouvrir la navette et de faciliter le tissage. L'utilisation des galets de pression supérieurs et inférieurs offre le meilleur déroulement actif, mais la synchronisation avec la boucle du métier est essentielle ; la puissance peut être fournie par le mécanisme de déroulement du métier.

Le dispositif de contrôle de la tension d'une chaîne sur le cadre de chaîne n'est généralement pas utilisé. L'expérience montre que la tension entre le cadre de chaîne et le galet de tension est très faible, tant que le fil de chaîne n'est pas trop lâche. En fait, la tension requise pour le tissage sur métier est principalement fournie par le galet de pression. Si une tension est appliquée au fil de chaîne depuis le support de tension, le filament de fibre de carbone risque de se transformer en laine, ce qui nuit au tissage. Il est donc essentiel de contrôler la tension de la chaîne et son uniformité. Lorsque la tension est appropriée et uniforme, le tissu en fibre de carbone paraît plat, surtout dans le sens de la chaîne. Les différences de couleur de la chaîne sont généralement dues à la tension inégale du fil de chaîne en fibre de carbone. La taille des ondulations formées à la surface du tissu varie. Très rarement, elles sont dues à la différence de couleur de la fibre de carbone elle-même. Cependant, la qualité de la fibre de carbone elle-même n'entre pas dans le cadre de notre étude du tissage.

1.2 Modification de l'insertion de la trame

Certains utilisateurs sont très exigeants quant à la qualité du tissu en fibre de carbone. Par exemple, lorsqu'un métier à tisser à fusée est utilisé pour tisser un tissu en fibre de carbone bidirectionnel 1k/1k11/11 (racine/cm) de 800 m, l'utilisateur exige que les dommages à la fibre de carbone soient minimisés. Afin de réduire l'usure du fil de chaîne, un système d'insertion de trame rigide est adopté. La courroie à lances flexible et la tige en fibre de carbone sont assemblées pour former une courroie à lances rigide, et le crochet inversé de la lance est retiré de la surface du tissu. Ainsi, le fil de chaîne ne frotte pas contre le crochet de cisaillement à chaque battement, et la surface lisse et nette du tissu est garantie pour minimiser les dommages à la fibre de carbone.

Certains utilisateurs nécessitent un bord plié du tissu en fibre de carbone, car le métier sans navette produit un bord en laine. Dans ce cas, le tissage peut être effectué avec un métier à navette. En raison du traitement de la fibre de carbone, le métier ne peut pas tisser trop vite, mais il est difficile de tisser du tissu en fibre de carbone avec un métier à navette à basse vitesse pour assurer une insertion normale de la trame. Avec un métier à navette traditionnel, qu'il soit à navette descendante ou à navette intégrée, la réussite du tissage dépend non seulement de la force de la navette, mais aussi de la vitesse du métier pour obtenir une résistance au pouce. Autrement dit, en cas de faible vitesse, l'augmentation de la force de la navette ne garantit pas un accès fluide de la navette au boîtier de la navette opposée. Pour réformer le mécanisme de la navette, il est possible d'utiliser le dispositif d'alimentation d'origine du métier à tisser pour transformer la navette à ressort.

De plus, la sortie d'insertion de trame de la navette doit également être réformée sur les métiers à tisser, et la sortie de la navette doit être modifiée en sorties lisses de différentes tailles en fonction des besoins de tissage de fibres de carbone de différents nombres K.

2. Convergence du marché des tissus en fibre de carbone en Chine

2.1 Obstacles commerciaux à l'application des produits en PRFC en Chine

Dans la construction, les ponts et autres secteurs, l'utilisation de tissus en fibre de carbone pour le renforcement est parfois nécessaire. La qualité de ces tissus dépend principalement de la qualité de la fibre de carbone utilisée. Grâce à une technologie de tissage performante, il est possible de produire des tissus de bonne qualité. Actuellement, la plupart des tissus en fibre de carbone utilisés en Chine sont tissés par des fabricants nationaux. Les tissus importés sont principalement utilisés pour le renforcement des bâtiments, notamment les tissus unidirectionnels. En termes de tissage, la qualité des tissus produits par les meilleures entreprises chinoises est globalement identique à celle des tissus produits par les pays développés étrangers, sans différence significative. Face à la méconnaissance de nombreux utilisateurs chinois, nous n'utilisons pas de tissus en fibre de carbone chinois afin d'éviter tout risque et toute responsabilité. En réalité, la Chine peut également produire des tissus de même qualité. Cependant, des obstacles commerciaux évidents entravent l'application de ces produits, ce qui rend difficile la concurrence avec les produits importés.

3. Domaines d'application et développement futur du PRFC.

Avec le développement de la fibre de carbone, son application se généralise, non seulement dans l'aérospatiale et d'autres domaines militaires, mais aussi dans le secteur civil. Il existe de nombreuses façons d'utiliser la fibre de carbone. L'une des plus importantes consiste à tisser la fibre de carbone pour obtenir un tissu de fibre de carbone répondant à diverses exigences et spécifications, puis à l'utiliser. Voici quelques-unes des principales applications du tissu de fibre de carbone.

3.1 Application au renforcement des bâtiments

La fibre de carbone (PRFC) est un nouveau matériau utilisé dans le renforcement des structures en béton dans les pays développés depuis une dizaine d'années. Grâce à ses excellentes propriétés mécaniques, le PRFC est de plus en plus populaire dans le domaine de l'ingénierie. Il est surnommé « la nouvelle star du renforcement structurel ». Le renforcement des bâtiments est également le domaine d'utilisation le plus répandu de la fibre de carbone en Chine. La Chine est un pays sujet aux tremblements de terre, et la technologie de renforcement sismique des bâtiments constitue un aspect important de la recherche et des applications dans le domaine de l'ingénierie sismique. Le béton renforcé de fibres de carbone (PRFC) est largement utilisé pour le renforcement sismique des poteaux en béton. La structure collée en PRFC est une nouvelle technologie de renforcement, largement utilisée et offrant d'importants avantages économiques.

3.2 Largement utilisée dans de nombreux domaines civils.

Le tissu préimprégné en fibre de carbone est largement utilisé dans la fabrication d'équipements de pêche, de machines, de fournitures industrielles, d'articles de sport, de quincaillerie, de produits de première nécessité, etc., mais aussi dans l'industrie éolienne, l'automobile et le ferroviaire, les équipements de sport et de loisirs, la construction navale, l'automobile et d'autres secteurs. Par exemple, certaines entreprises utilisent le PRFC pour renforcer leurs structures en acier. En s'appuyant sur des applications pratiques, elles ont développé un adhésif spécial adapté au renforcement et à la réparation de structures en acier avec du PRFC, élargissant ainsi le champ d'application de la technologie de renforcement du PRFC.

4. Résumé

Pendant longtemps, le prix élevé de la fibre de carbone a constitué un obstacle majeur à son application à grande échelle. Cependant, ces dernières années, grâce au développement continu de l'industrie de la fibre de carbone, son prix a progressivement baissé. Comme le prix de la fibre de carbone reste « civil », ses domaines d'application s'élargissent progressivement, la demande augmente et la demande de tissage de fibre de carbone augmente également.