Tissu multiaxial en fibre de carbone

Le tissu multiaxial en fibres de carbone est un tissu composite dans lequel les fibres de carbone sont disposées dans différentes directions (généralement à plusieurs angles), généralement produit par laminage ou tissage de plusieurs couches. La caractéristique de ce tissu est que les fibres sont disposées dans des directions multiples, ce qui améliore les propriétés mécaniques multidirectionnelles du matériau composite. Il est largement utilisé dans des domaines de haute performance tels que l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie éolienne et les navires, et est particulièrement adapté aux applications qui doivent résister à des forces multidirectionnelles.

Concepts de base

Un tissu multiaxial signifie que dans chaque couche du tissu, l'angle de disposition des fibres de carbone n'est pas unique, mais disposé à différents angles, généralement dans des directions telles que 0°, 90° et 45°. Les fibres de carbone de chaque couche sont entrelacées ou disposées parallèlement aux fibres des autres couches, de sorte que le matériau composite présente des propriétés mécaniques améliorées dans plusieurs directions.

Types courants : Les tissus multiaxiaux les plus courants sont les suivants :

0°/90° (armure toile) : Les directions principales des fibres de carbone sont horizontales et verticales, ce qui convient aux applications qui supportent une tension dans deux directions perpendiculaires.

±45° : Cette disposition peut améliorer la résistance au cisaillement du matériau composite sous des charges obliques.

±45°/0°/90° : Généralement un tissu multicouche, couvrant les propriétés mécaniques dans plusieurs directions, adapté aux cas où un renforcement multidirectionnel est nécessaire dans les matériaux composites.

Caractéristiques

Résistance multidirectionnelle : Le tissu de fibres de carbone unidirectionnel traditionnel offre principalement une résistance dans une direction, tandis que le tissu multiaxial peut offrir des propriétés mécaniques solides dans plusieurs directions. De cette manière, le matériau composite peut mieux résister aux charges dans différentes directions.

Meilleure résistance au cisaillement : Le tissu multiaxial est particulièrement adapté aux applications nécessitant une résistance au cisaillement. Grâce à l'angle de disposition des fibres de carbone, notamment ±45°, il peut résister efficacement aux contraintes de cisaillement, améliorant ainsi la résistance aux chocs et la résistance à la traction du matériau.

Meilleure ductilité : Comme le tissu multiaxial utilise des fibres disposées dans différentes directions, il présente une ductilité et une ténacité supérieures à celles du tissu unidirectionnel traditionnel, ce qui réduit le risque de rupture fragile.

Excellente formabilité : Les tissus multiaxiaux ont généralement une meilleure formabilité, en particulier lors de la fabrication de surfaces courbes complexes ou de structures aux formes spécifiques, la fibre de carbone peut mieux s'adapter à la forme du moule et réduire la difficulté du formage.

Légèreté et résistance élevée : Les caractéristiques de légèreté et de haute résistance de la fibre de carbone elle-même permettent aux matériaux composites en tissu multiaxial de conserver des caractéristiques de légèreté tout en obtenant des propriétés mécaniques multidirectionnelles.

Domaines d'application

En raison de ses propriétés mécaniques multidirectionnelles, le tissu multiaxial en fibre de carbone est largement utilisé dans les domaines qui doivent résister à des charges complexes, notamment dans l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie éolienne et d'autres industries :

Aéronautique : Le tissu multiaxial en fibre de carbone est largement utilisé dans les ailes d'avion, les fuselages, les empennages et d'autres pièces. Grâce à son excellente résistance multidirectionnelle et à sa rigidité, il peut améliorer efficacement la résistance et la durabilité de l'avion tout en réduisant le poids.

Automobile : Dans la conception légère des voitures de course, des supercars et des véhicules électriques, le tissu multiaxial en fibre de carbone offre une résistance et une rigidité excellentes, ce qui permet de réduire le poids de la carrosserie et d'améliorer la sécurité en cas de collision.

Production d'énergie éolienne : Les pales d'éoliennes utilisent souvent des tissus multiaxiaux en fibre de carbone car elles doivent résister à des charges multidirectionnelles de la force du vent. L'utilisation de tissus multiaxiaux peut améliorer la solidité, la durabilité et la résistance au vent des pales.

Ingénierie navale et maritime : Le tissu multiaxial en fibre de carbone est utilisé pour fabriquer des composants tels que les coques et les plates-formes offshore, car ils doivent résister à des charges hydrodynamiques complexes et à des forces d'impact.

Équipement sportif : clubs de golf, porte-bagages, skis, etc., l'application du tissu multiaxial en fibre de carbone permet d'obtenir un équilibre entre légèreté et résistance.

Construction et génie civil : utilisé pour le renforcement structurel et la fabrication de matériaux de construction à haute résistance, en particulier dans les bâtiments et les infrastructures qui doivent résister à des charges multidirectionnelles.

Processus de fabrication

Tissage ou pose : La production de tissus multi-axiaux adopte généralement une technologie de pose manuelle, de pose mécanique ou de pose par équipement automatisé. La fibre de carbone est placée dans le tissu selon différents angles et directions.

Pose manuelle : convient aux petites séries et à la production de haute précision, comme les pièces aérospatiales.

Pose mécanique : adaptée à la production à grande échelle, l'équipement mécanique peut être utilisé pour poser les fibres avec précision.

Imprégnation de résine : Après la pose, le tissu multiaxial doit être imprégné de résine (telle que la résine époxy) afin d'améliorer les performances globales du matériau composite. Le choix de la résine dépend des besoins du domaine d'application.

Moulage par polymérisation : La résine est durcie par chauffage et pression afin d'obtenir un matériau composite très résistant et léger. Les méthodes de durcissement les plus courantes sont le pressage à chaud et le durcissement sous vide.

Avantages et défis

Avantages :

Performance multidirectionnelle : Il peut offrir d'excellentes propriétés mécaniques dans plusieurs directions et convient aux applications soumises à des charges complexes.

Haute résistance et légèreté : Les propriétés supérieures de la fibre de carbone elle-même permettent aux tissus multiaxiaux d'offrir une très grande résistance tout en réduisant le poids.

Applicable aux formes complexes : Le tissu multiaxial présente une bonne formabilité et peut s'adapter aux besoins de fabrication de formes complexes, en particulier dans les domaines de l'aérospatiale et de l'automobile.

Meilleure résistance aux chocs : La disposition multidirectionnelle des fibres de carbone permet de mieux absorber et disperser les forces d'impact, améliorant ainsi la résistance aux chocs du matériau.

Défis :

Coût élevé : Les matériaux à base de fibres de carbone sont relativement coûteux, de sorte que le coût des tissus multiaxiaux est généralement élevé, ce qui peut limiter leur utilisation dans certains produits bon marché.

Processus de production complexe : La production de tissus multiaxiaux implique la pose de fibres dans plusieurs directions, ce qui nécessite un processus de production plus sophistiqué et plus complexe, ainsi que des exigences élevées en matière d'équipement.

Exigences élevées en matière de pénétration de la résine : En raison de la structure composite multicouche, les exigences de pénétration de la résine sont élevées, et toute pénétration inégale peut affecter la qualité du produit final.

Développement futur

Avec les progrès continus de la technologie de la fibre de carbone et la réduction progressive des coûts de production, le tissu multiaxial en fibre de carbone devrait être utilisé dans davantage de domaines, en particulier pour les scénarios d'application avec des exigences plus strictes en matière de haute performance et de légèreté. Parallèlement, la technologie de recyclage des matériaux composites ne cesse de se développer, ce qui pourrait favoriser la popularisation des tissus multiaxiaux en fibre de carbone à l'avenir.

Résumé

Le tissu multiaxial en fibre de carbone est un matériau composite capable d'offrir une résistance et une rigidité élevées dans plusieurs directions et convient aux applications qui supportent des charges multidirectionnelles complexes. Ses excellentes performances lui confèrent un large éventail de possibilités d'application dans des domaines de haute performance tels que l'aérospatiale, l'automobile, la production d'énergie éolienne et les navires. Avec les progrès de la technologie, son application devrait devenir plus populaire, en particulier aujourd'hui où la demande de haute performance et de conception légère est en constante augmentation.

Spécifications des produits