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Dans notre vie quotidienne, On a souvent entendu parler de la fibre de carbone, qui est à la fois familier et inconnu. C'est une sorte de matériau haute performance, qui a été largement utilisé dans divers domaines de l'industrie militaire et civile. Il est considéré comme le représentant typique des nouveaux matériaux industriels dans le domaine de la haute technologie., et est appelé le roi des matériaux.
Ensuite, cet article vulgarisera les caractéristiques et la large application de la fibre de carbone auprès des lecteurs..
Qu'est-ce que la fibre de carbone ?
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La fibre de carbone est une sorte de matériau en graphite microcristallin, qui est constitué de fibres organiques par carbonisation et graphitisation. La microstructure de la fibre de carbone est similaire à celle du graphite artificiel, qui est une structure de graphite à couches aléatoires. La fibre de carbone fait référence à une fibre polymère inorganique avec une teneur en carbone supérieure à 90%. Il a les caractéristiques de légèreté, haute résistance, résistance aux hautes températures, résistance à la fatigue, résistance à la corrosion, conduction thermique, et conductivité, et c'est un nouveau matériau avec d'excellentes propriétés mécaniques.
Propriétés de la fibre de carbone
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Utiliser des matériaux en fibre de carbone, il faut d'abord connaître les caractéristiques de la fibre de carbone, afin de mieux appliquer ce nouveau matériau dans la pratique de production. Les principales caractéristiques de la fibre de carbone sont les suivantes:
Force excessive
La résistance à la traction de la fibre de carbone peut atteindre 3 000 ~ 4 000 MPa, ce qui est plus que 4 fois plus grand que l'acier et 6 ou 7 fois plus élevé que l'aluminium.
Module élastique élevé
Son module élastique est supérieur à 230GPa.
Léger mais solide
Faible densité et résistance spécifique élevée. La masse de fibre de carbone est 1/4 d'acier et 1/2 en alliage d'aluminium; La force spécifique est 16 fois supérieure à celle de l’acier et 12 fois plus grand que l'alliage d'aluminium.
Excellente résistance à la chaleur/au froid
Il peut résister à des températures ultra élevées. La fibre de carbone peut être utilisée à 2000 ℃, et ne fondra pas ou ne ramollira pas sous la température élevée de 3000 ℃.
Bonne résistance aux basses températures. À -180℃, l'acier deviendra plus cassant que le verre, alors que la fibre de carbone est encore très douce.
Résistance chimique
Bonne résistance aux acides, résistance à l'huile, et résistance à la corrosion. Il peut résister à l'attaque de l'acide chlorhydrique concentré, acide phosphorique, acide sulfurique, benzène, acétone, et autres médias. Si la fibre de carbone est placée dans 50% acide chlorhydrique et son module élastique, force, et le diamètre restent pratiquement inchangés.
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Grâce aux avantages évidents des données, on voit que la fibre de carbone est meilleure que le titane, acier, aluminium et autres matériaux métalliques. Donc, dans quelques années seulement, la fibre de carbone est considérée comme un matériau exotique et coûteux pour la fabrication de produits. Ses nombreuses caractéristiques étonnantes en font un choix idéal pour diverses applications. Maintenant, on le retrouve dans de nombreux aspects de notre vie quotidienne. Certaines de ses nombreuses applications seront discutées ci-dessous.
Applications courantes
Automobiles
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À l'heure actuelle, les matériaux utilisés dans les accessoires automobiles sont principalement de l'acier à haute résistance, alliage d'aluminium, alliage de magnésium, alliage de titane, composite de fibre de verre, composite de fibre de carbone, etc.. Pièces en fibre de carbone ont de grands avantages en matière de légèreté, sécurité, confort, fiabilité, et améliorer le niveau de développement automobile.
- Après intérieur de voiture en fibre de carbone est appliqué aux automobiles, l'avantage le plus évident pour la construction automobile est le poids léger des automobiles, et l'impact le plus direct est l'amélioration des économies d'énergie, accélération, et performances de freinage. Autrement dit, les automobiles deviennent plus légères, plus rapide, et plus économe en carburant.
- Le extérieur de voiture en fibre de carbone a un excellent taux d’absorption d’énergie. La capacité d'absorption de l'énergie de collision est six à sept fois supérieure à celle de l'acier et trois à quatre fois celle de l'aluminium., ce qui garantit en outre la sécurité de la voiture.
- Les accessoires en fibre de carbone ont une résistance à la fatigue plus élevée. La résistance à la fatigue de l'acier et de l'aluminium est 30% à 50% de la résistance à la traction, tandis que les accessoires en fibre de carbone peuvent atteindre 70% à 80%. Donc, l'application de composites de fibre de carbone dans les automobiles a considérablement amélioré la fiabilité des matériaux en fatigue.
À l'heure actuelle, les automobiles sont les pièces les plus largement utilisées des accessoires en fibre de carbone dans les automobiles, comme les capuchons, cadres, charpentes et raidisseurs, piliers, portes, spoilers, et d'autres composants.
Équipement sportif
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Dans un sens, les sports de compétition modernes sont un sport qui défie les limites des capacités physiques humaines. Plus la résistance spécifique des accessoires en fibre de carbone est élevée, plus le poids propre des composants est faible. Donc, exploiter pleinement les caractéristiques des accessoires en fibre de carbone peut améliorer les performances de nombreux équipements sportifs.
1. Saut à la perche.
À l'heure actuelle, le dernier poteau en fibre de carbone peut garantir que le poteau est flexible et solide sans se casser ni se plier. Il peut convertir l'énergie cinétique de l'athlète’s approche rapide du poteau dans l'énergie de déformation élastique du poteau. Lorsque le poteau est plié à l'arc maximum, cette énergie de déformation élastique sera à nouveau libérée et transformée en énergie potentielle de l'athlète, aider l'athlète à sauter dans les airs et à survoler le poteau.
2. Golf.
Le club de golf est composé d'un grip, un corps de club et une tête de club. Le poids du club de golf fabriqué à partir de matériaux composites en fibre de carbone peut être réduit d'environ 10 % à 40 %. Lorsque le poids total du club de golf est fixé, le poids léger de la tête est pratique pour améliorer la vitesse de swing, et la balle peut obtenir une vitesse initiale plus grande. En outre, les composites en fibre de carbone ont des caractéristiques d'amortissement élevées, ce qui peut prolonger le temps de frappe et faire frapper la balle plus loin.
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3. Raquettes de tennis
La tendance au développement des raquettes de tennis est à grande échelle et légère. À l'heure actuelle, la plupart des raquettes de tennis hautes et moyennes dans le monde sont fabriquées en composites de fibres de carbone. La grande raquette de tennis doit être fabriquée à partir de matériaux composites en fibre de carbone légers, résistance spécifique élevée, et grand module spécifique. Il peut résister à une tension de fil plus forte que le cadre de la raquette en bois pour garantir qu'il ne se déformera pas lors de la frappe..
En plus de ce qui précède, plusieurs équipements sportifs, il existe de nombreux autres équipements sportifs utilisant la fibre de carbone comme élément de production. En un mot, la dimension brasage carbone ne sera utilisée que de plus en plus largement dans l'industrie du sport.
Équipement militaire
Dès le milieu des années 1960, le pont de la canonnière de patrouille a commencé à utiliser des accessoires en fibre de carbone. Au début des années 1970, la superstructure du bateau de chasse aux mines a également commencé à utiliser des composites en fibre de carbone. À l'heure actuelle, les applications militaires de la fibre de carbone sont les suivantes：
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Avion militaire
Le développement de l’industrie spatiale est une affaire d’argent. Par exemple, si la masse du moteur-fusée solide est réduite de 1 kg, la portée peut être augmentée de 16 km. Donc, les composites en fibre de carbone sont largement utilisés dans les carters de moteur des avions. À l'avenir, la fibre de carbone constitue une base importante pour le développement d'armes et d'équipements stratégiques avancés miniaturisés, grande mobilité, haute précision, et capacité de pénétration élevée.
Boîte militaire
La boîte militaire en fibre de carbone est applicable au stockage du matériel d'entraînement, instruments, et équipement, petit matériel, fournitures d'urgence, opérations extérieures, etc.. Sa surface utilise un panneau de fibre de carbone comme peau, dont la structure est stable et durable et peut garantir une bonne étanchéité de la boîte, haute ténacité, haute résilience, et la capacité à résister à la déformation par compression. Il convient à divers environnements difficiles, comme le désert, navigation, et l'aviation, plateau, etc..
On pense qu'avec le développement et les progrès de la science et de la technologie, les composites en fibre de carbone seront plus largement utilisés dans le domaine militaire.
3D Impression
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Le dernier développement de la technologie d'impression 3D permet aux entreprises de utiliser de la fibre de carbone pour l'impression, bien que le matériau adhésif utilisé soit différent du procédé standard en fibre de carbone. Il y a actuellement deux méthodes d'impression en fibre de carbone:
- Les fibres de carbone coupées sont essentiellement des renforts de thermoplastiques standards. Il permet aux entreprises d'imprimer des matériaux généralement plus fragiles avec une résistance plus élevée.. Les fibres coupées augmentent la résistance et la rigidité du modèle, et améliorer la stabilité dimensionnelle, état de surface, et précision. Cependant, certains filaments coupés renforcés de fibres mettent l'accent sur la résistance en ajustant la sursaturation du matériau en fibres. Cela aura un impact négatif sur la qualité globale de la pièce, réduisant ainsi la qualité de surface et la précision des pièces, cela donnera donc naissance à une autre technologie d'impression.
- Fibre de carbone continue est une solution économique et efficace, qui peut remplacer les pièces métalliques traditionnelles par des pièces composites imprimées en 3D, car elle peut atteindre une résistance similaire avec seulement une petite partie du poids. Non seulement il augmente la résistance, mais il fournit également aux utilisateurs un renforcement sélectif dans les zones nécessitant une plus grande durabilité..
Huile & Industrie du gaz
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Le pétrole et le gaz sont appelés « le sang de l'industrie », d'où nous pouvons voir l'importance du pétrole et du gaz pour l'industrie, qui détermine également la valeur élevée du pétrole et du gaz. Les installations d'exploitation pétrolière ou gazière sur terre utilisent l'acier comme matériau principal, mais l’environnement d’exploitation des champs pétroliers offshore est très différent de celui sur terre. Matériaux composites avancés, principalement des composites en fibre de carbone, peut bien s'adapter au rude environnement marin.
- Le tuyau du puits de production est un composant s'étendant du fond marin jusqu'au pont de la plate-forme de forage, et la plupart des tuyaux sont 10.5 en diamètre. Lorsque le tuyau ascendant est constitué de matériaux composites hybrides en fibre de carbone et en fibre de verre, par rapport au tuyau en acier inoxydable, le poids effectif par mètre est 45 kg plus léger, et le poids de 1200m peut être réduit de 54t, réduisant considérablement le coût du corps de flottabilité.
- Le coût du câble d'acier est devenu très élevé, et il doit être remplacé par des compethers, une corde composite en fibre de carbone. En même temps, les compethers sont souples et peuvent être lovés sur un axe d'un diamètre de 4,4 m. C'est très pratique à ranger, transport et utilisation, ce qui peut réduire le coût du projet.
- La fibre de carbone peut être utilisée pour fabriquer des modules de flottabilité destinés à renforcer des sphères creuses de petit diamètre. Afin d'exploiter le pétrole et le gaz de pétrole sous des fonds marins de 5 000 à 10 000 f, la demande pour de tels composants de flottabilité et enveloppes augmente, et une grande quantité de fibre de carbone est nécessaire.
Pour résumer, des composites en fibre de carbone ont été utilisés dans les tubes de forage, cordes, et composants de flottabilité. Avec le transfert et l’ouverture des champs pétroliers offshore aux champs pétroliers profonds, la consommation augmente de jour en jour. Évidemment, le développement des champs de pétrole en eaux profondes constituera l’un des plus grands marchés potentiels pour les applications de la fibre de carbone.
Clé à retenir
Source: Virer
A présent, vous devez avoir une certaine compréhension des super capacités de la fibre de carbone et de son application. Bien qu'il soit utilisé depuis des décennies, la fibre de carbone est toujours considérée comme le matériau le plus avancé, donc si vous envisagez la fibre de carbone comme l'un des composants de votre produit, J'espère que cet article pourra vous inspirer.
