En tant que composant clé du domaine des composites avancés, la fibre de carbone ultracourte, grâce à ses propriétés uniques, a suscité un vif intérêt dans de nombreux secteurs industriels et technologiques. Elle offre une solution novatrice pour les matériaux haute performance, et une compréhension approfondie de ses technologies et procédés d'application est essentielle au développement des industries connexes.
Micrographies électroniques de fibres de carbone ultracourtes
Les fibres de carbone ultracourtes ont généralement une longueur comprise entre 0,1 et 5 mm et une faible densité (1,7 à 2 g/cm³). Grâce à cette faible densité (1,7 à 2,2 g/cm³), leur résistance à la traction (3 000 à 7 000 MPa) et leur module d'élasticité (200 à 700 GPa), ces excellentes propriétés mécaniques les rendent idéales pour les structures porteuses. De plus, elles présentent une excellente résistance aux hautes températures et peuvent supporter des températures supérieures à 2 000 °C en atmosphère non oxydante.
Technologie et procédé d'application des fibres de carbone ultracourtes dans le domaine aérospatial
Dans le domaine aérospatial, les fibres de carbone ultracourtes sont principalement utilisées pour le renforcement.résinecomposites à matrice. La clé de cette technologie réside dans la dispersion homogène des fibres de carbone au sein de la matrice de résine. Par exemple, l'utilisation de la technologie de dispersion ultrasonique permet de rompre efficacement le phénomène d'agglomération des fibres de carbone, atteignant ainsi un coefficient de dispersion supérieur à 90 % et garantissant la constance des propriétés du matériau. Parallèlement, le recours à des techniques de traitement de surface des fibres, telles que…agent de couplagele traitement peut rendrefibre de carboneet la résistance de liaison à l'interface résine a augmenté de 30 à 50 %.
Pour la fabrication des ailes d'avion et autres composants structuraux, on utilise le procédé de pressage à chaud. Tout d'abord, des fibres de carbone ultracourtes et de la résine, mélangées dans une proportion précise pour former un préimprégné, sont disposées en couches dans la presse à chaud. Le mélange est ensuite polymérisé et moulé à une température de 120 à 180 °C et sous une pression de 0,5 à 1,5 MPa. Ce procédé permet d'éliminer efficacement les bulles d'air du matériau composite, garantissant ainsi la densité et les hautes performances des produits.
Technologies et procédés d'application des fibres de carbone ultracourtes dans l'industrie automobile
Lors de l'application de fibres de carbone ultracourtes aux pièces automobiles, l'objectif principal est d'améliorer leur compatibilité avec le matériau de base. L'ajout d'agents de compatibilisation spécifiques permet d'améliorer l'adhérence interfaciale entre les fibres de carbone et les matériaux de base (par exemple, les fibres de carbone).polypropylèneLa résistance des fibres (etc.) peut ainsi être augmentée d'environ 40 %. Parallèlement, afin d'améliorer ses performances dans des environnements de contraintes complexes, une technologie de conception d'orientation des fibres est utilisée pour ajuster la direction d'alignement des fibres en fonction de la direction des contraintes sur la pièce.
Le procédé de moulage par injection est fréquemment utilisé pour la fabrication de pièces telles que les capots automobiles. Des fibres de carbone ultracourtes sont mélangées à des particules de plastique, puis injectées dans la cavité du moule sous haute température et haute pression. La température d'injection est généralement de 200 à 280 °C et la pression d'injection de 50 à 150 MPa. Ce procédé permet le moulage rapide de pièces de formes complexes et garantit une répartition uniforme des fibres de carbone dans les produits.
Technologie et procédé d'application des fibres de carbone ultracourtes dans le domaine de l'électronique
Dans le domaine de la dissipation thermique des composants électroniques, l'exploitation de la conductivité thermique des fibres de carbone ultracourtes est essentielle. En optimisant le degré de graphitisation de ces fibres, leur conductivité thermique peut dépasser 1 000 W/(mK). Par ailleurs, afin de garantir un contact optimal avec les composants électroniques, les techniques de métallisation de surface, telles que le nickelage chimique, permettent de réduire la résistance de surface des fibres de carbone de plus de 80 %.
Le procédé de métallurgie des poudres peut être utilisé pour la fabrication de dissipateurs thermiques pour processeurs d'ordinateurs. Des fibres de carbone ultracourtes sont mélangées à de la poudre métallique (par exemple, de la poudre de cuivre) et frittées à haute température et pression. La température de frittage est généralement de 500 à 900 °C et la pression de 20 à 50 MPa. Ce procédé permet aux fibres de carbone de former un bon canal de conduction thermique avec le métal et améliore ainsi l'efficacité de la dissipation de chaleur.
De l'aérospatiale à l'industrie automobile en passant par l'électronique, grâce à l'innovation technologique continue et à l'optimisation des processus, les technologies ultra-courtesfibre de carbonebrillera dans davantage de domaines, insufflant une énergie plus puissante à la science et à la technologie modernes ainsi qu'au développement industriel.
Date de publication : 20 décembre 2024