Composite en fibre de carbone
Le composite à matrice de résine renforcée de fibres de carbone est un nouveau type de matériau, qui est composé d'un matériau polymère organique comme matrice et de fibre de carbone comme renfort à travers le processus composite, et a des performances nettement meilleures que le composant d'origine. ". Il est devenu l'un des matériaux de structure aéronautique les plus importants en raison de sa résistance spécifique élevée, de son module spécifique élevé, de sa résistance à la fatigue, de sa résistance à la corrosion, de sa forte intégrité de conception, de sa commodité pour le moulage intégral de grande surface et de ses propriétés électromagnétiques spéciales.
Les résines de matrice utilisées dans les composites à matrice de résine renforcée de fibres de carbone sont principalement divisées en deux catégories : la résine thermodurcissable et la résine thermoplastique. La résine thermodurcissable est composée de prépolymère réactif de bas poids moléculaire ou de polymère de haut poids moléculaire avec groupe actif. Au cours du processus de moulage, il est réticulé et condensé sous l'action d'un agent de durcissement ou de la chaleur pour former une structure réticulée insoluble. La résine époxy, la résine phénolique, la résine phtaléine amine bismaléique, etc. sont couramment utilisées. La résine thermoplastique est composée d'un polymère linéaire de poids moléculaire élevé, qui est dissous et fondu dans certaines conditions, et seuls des changements physiques se produisent. Les plus couramment utilisés sont le polyéthylène, le nylon, le PEEK, etc.
Matériaux courants en fibre de carbone :
1. Composites à matrice céramique renforcée de fibres de carbone
La céramique a une excellente résistance à la corrosion, une résistance à l'usure, une résistance aux hautes températures et une stabilité chimique, et est largement utilisée dans les produits industriels et civils. Cependant, sa faiblesse fatale est sa fragilité et il est très sensible aux défauts subtils tels que les fissures, les pores et les inclusions. Les céramiques renforcées de fibres de carbone peuvent améliorer efficacement la ténacité, modifier la morphologie de rupture fragile de la céramique et empêcher la propagation et la propagation rapides des fissures dans la matrice céramique. À l'heure actuelle, le matériau céramique renforcé de fibres de carbone relativement mature au pays et à l'étranger est un matériau en carbure de silicium renforcé de fibres de carbone. En raison de ses excellentes propriétés mécaniques à haute température, il n'a pas besoin de mesures d'isolation thermique supplémentaires pour servir à des températures élevées, il est donc largement utilisé dans les moteurs aéronautiques, les véhicules aérospatiaux réutilisables et d'autres domaines.
2. Composites carbone/carbone
Le composite carbone/carbone est l'abréviation de composite à matrice de carbone renforcé de fibres de carbone, et c'est aussi une sorte de composite avancé. Il est composé de fibre de carbone, de tissu, de tissu tissé et d'autres composites à matrice de carbone renforcée. Les composites carbone/carbone sont principalement composés de différents types de carbone, à savoir la fibre de carbone, la résine de carbone et le carbone déposé. Ce type de composite, composé d'éléments en carbone pur entièrement conçus et fabriqués artificiellement, possède de nombreuses propriétés excellentes. En plus d'une résistance élevée, d'une rigidité élevée, d'une stabilité dimensionnelle, d'une résistance à l'oxydation et d'une résistance à l'usure, il présente également une ténacité à la rupture et une pseudoplasticité élevées. Surtout dans un environnement à haute température, il a une résistance élevée, pas de fusion, pas de combustion et seulement une ablation uniforme, ce qui est incomparable à tout matériau métallique. Par conséquent, il est largement utilisé dans les domaines de haute technologie tels que les ogives de missiles, les tuyères de moteurs de fusées solides et les disques de frein d'avions.
3. Composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone
Le composite à matrice métallique renforcée de fibre de carbone est un matériau composite avec de la fibre de carbone comme fibre de renforcement et du métal comme matrice. Comparés aux matériaux métalliques, les composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone ont une résistance spécifique et un module spécifiques plus élevés; Comparé à la céramique, il a une ténacité et une résistance aux chocs élevées. L'aluminium, le magnésium, le nickel, le titane et leurs alliages sont principalement utilisés comme matrice métallique. Parmi eux, la technologie de préparation des composites d'aluminium et de magnésium renforcés de fibres de carbone est relativement mature. La principale difficulté technique dans la fabrication de composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone est le revêtement de surface des fibres de carbone, afin d'éviter d'endommager les fibres de carbone pendant le processus de mélange, réduisant ainsi les performances globales des composites. À l'heure actuelle, la modification de surface des fibres de carbone adopte principalement le dépôt en phase vapeur, la méthode au sodium liquide, etc. lors de la préparation de composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone, mais son processus complexe et son coût élevé limitent la promotion et l'application des composites à matrice métallique renforcés de fibres de carbone.
4. Composite à base de ciment renforcé de fibre de carbone
Les composites de ciment renforcés de fibres de carbone (CFRC) sont fabriqués en ajoutant de la fibre de carbone dans la matrice de ciment, appelée béton renforcé de fibres. L'ajout de fibres de carbone à haute résistance dans les matériaux à base de ciment est une mesure importante pour améliorer la résistance aux fissures, l'imperméabilité, la résistance au cisaillement et le module d'élasticité des composites de ciment, contrôler la propagation des fissures, améliorer la forte résistance aux alcalis et améliorer la capacité de déformation.
De plus, la fibre de carbone a également la propriété d'amortissement des vibrations, qui peut absorber l'onde de vibration et améliorer la résistance sismique et la résistance à la flexion de plus de dix fois. Ce qui est plus précieux, c'est que la fibre de carbone a une conductivité. L'ajouter à la matrice de ciment confère à la matrice de ciment une intelligence, ce qui élargit considérablement le champ d'application du béton.
La surface du composite CFRC ne se fissurera pas sous la charge. Sa résistance à la traction, à la flexion et à la rupture est plusieurs à dix fois supérieure à celles sans renfort, et sa résistance aux chocs est également considérable. La longueur de fibre de carbone utilisée pour le ciment renforcé de fibres de carbone hachées est généralement de {{0}} nm et le diamètre est de 7-20 μ m. La résistance à la traction varie de 0.5 à 0.8 GPa. La résistance du ciment ordinaire est généralement de 11,76 MPa. Si 15 % de fibre de carbone sont ajoutés en poids, la résistance peut atteindre 245 MPa ; Si la quantité de mélange est de 20 %, la résistance peut atteindre 548,8 MPa.
De plus, par rapport au béton ordinaire, le CFRC présente les avantages d'un poids léger, d'une résistance élevée, d'une bonne fluidité, d'une forte diffusion et d'une qualité de surface élevée après formage. Lorsqu'il est utilisé comme cloison, il est 1/2 ~ 1/3 plus fin que la cloison en béton ordinaire et son poids est 1/2 ~ 1/3 plus léger. Le CFRC a une variété de spécifications, parmi lesquelles le béton renforcé de fibres de carbone à coupe courte est principalement utilisé dans le toit, le mur extérieur, le mur intérieur, le sol, le plafond, etc. Le béton à fibres longues est utilisé dans les éléments porteurs. Les composants qui en sont constitués ont des dimensions stables et ont également des propriétés antistatiques, de résistance à l'usure, de résistance à la corrosion et d'autres propriétés. Par conséquent, la recherche sur la performance du CFRC s'est développée rapidement ces dernières années.
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