Caractéristiques, application et développement de la fibre de carbone

Caractéristiques, application et développement de la fibre de carbone

1.Caractéristiques et propriétés de la fibre de carbone

 Matériaux en fibre de carbone sont des matériaux noirs, durs, de haute résistance, légers et autres nouveaux matériaux dotés d'excellentes propriétés mécaniques.Sa densité est inférieure à 1/4 de celle de l'acier.La résistance à la traction des matériaux composites en résine de fibre de carbone est généralement supérieure à 35 000 MPa, soit 7,9 fois celle de l'acier.Le module d'élasticité en traction est compris entre 230 000 MPa et 430 000 MPa.Par conséquent, la résistance spécifique du CFRP, c'est-à-dire le rapport entre la résistance du matériau et sa densité, est supérieure à 20 000 MPa/(g/cm3), mais la résistance spécifique de l'acier A3 est de 590 MPa/(g/cm3). le module élastique est également supérieur à celui de l'acier.Plus la résistance spécifique du matériau est élevée, plus le poids propre de la pièce est faible, plus le module élastique spécifique est élevé, plus la rigidité de la pièce est grande.En ce sens, les vastes perspectives d’application de la fibre de carbone en ingénierie sont illustrées.En examinant les excellentes propriétés de nombreux matériaux composites émergents, tels que Matériau en fibre de verre composite polymère, les matériaux composites à base de métal et les matériaux composites à base de céramique, de nombreux experts prédisent que les matériaux composites entreront dans l'ère de l'application généralisée des matériaux à partir de l'ère de l'acier.

Matériaux composites en fibre de carbone et fibre de verre PAN :

(1) Propriétés mécaniques, densité inférieure à celle du métal, poids léger ;module élevé, rigidité élevée, haute résistance, résistance élevée à la fatigue, excellente résistance à l'usure et pouvoir lubrifiant ;excellente atténuation des vibrations ;

(2) Petite résistance thermique, stabilité, coefficient de dilatation thermique, bonne stabilité dimensionnelle, conductivité thermique ;excellente résistance à la chaleur dans un gaz inerte ;

(3) Il appartient à une variété de matériaux conducteurs ayant des propriétés de conductivité électrique et de protection contre les ondes électromagnétiques, ainsi que des propriétés de conductivité électrique et de protection contre les ondes électromagnétiques.(4) Il présente une excellente transmission des rayons X et une structure appropriée peut être conçue en fonction de l'objectif.

En 2007, le principalFournisseur de fibre de carboneToray Co., Ltd. a coopéré avec Nissan Motor et d'autres sociétés pour développer des matériaux de pointe utilisant la fibre de carbone, qui peuvent réduire considérablement le poids des pièces principales de la voiture, telles que le châssis.La nouvelle technologie réduit le poids total de la voiture de 10 % et améliore la consommation de carburant de 4 à 5 %.De plus, la résistance aux chocs est 1,5 fois supérieure à celle d'un modèle conventionnel.Les constructeurs prévoient d'introduire cette nouvelle technologie dans les véhicules utilitaires d'ici trois ans.La nouvelle technologie promet d'accélérer la transition vers des matières premières automobiles centrées sur l'acier dans un contexte de réglementations plus strictes sur la facture de carburant afin de réduire les gaz à effet de serre dans le monde.

2.Application de fibre de carbone

  La fibre de carbone est un terme général désignant les fibres ayant une teneur en carbone supérieure à 90 % et doit son nom à sa teneur élevée en carbone.La fibre de carbone possède diverses excellentes propriétés du carbone élémentaire, telles qu'une faible densité, une résistance à la chaleur, une résistance aux chocs thermiques, une résistance chimique et une conductivité, etc. Elle présente un enchevêtrement des fibres et d'excellentes propriétés mécaniques.En particulier, sa résistance spécifique et son module élastique spécifique sont élevés, et il peut résister à une température élevée de 2000 dans des conditions d'isolement de l'oxygène.C'est une matière première industrielle importante en fibre de verreet convient au renforcement des matériaux composites, des matériaux d'ablation et des matériaux d'isolation thermique.Il s’agit d’un nouveau matériau développé au début des années 1960 et devenu aujourd’hui un nouveau matériau indispensable dans la société moderne.

Parmi les produits de loisirs, la première application de la fibre de carbone PAN est la canne à pêche.À l'heure actuelle, la production annuelle mondiale de cannes à pêche en fibre de carbone est d'environ 12 millions et la quantité de fibre de carbone utilisée est d'environ 1 200 tonnes.L'application de la fibre de carbone dans les clubs de golf a commencé en 1972. À l'heure actuelle, la production annuelle de fibre de carboneLes clubs de golf dans le monde représentent environ 40 millions de bouteilles et la quantité de fibre de carbone équivaut à 2 000 tonnes.L'utilisation des raquettes de tennis a commencé en 1974. Aujourd'hui, le monde a produit environ 4,5 millions de raquettes en fibre de carbone l'année dernière, et l'utilisation de la fibre de carbone nécessite environ 500 tonnes.Entre autres choses, la fibre de carbone est également largement utilisée dans les skis, les bateaux à neige, les bâtons de ski, les battes de baseball, les jeux de route et les sports nautiques.

Reconnaissant la légèreté, la résistance à la fatigue, la résistance à la corrosion et d’autres propriétés de la fibre de carbone, elle est largement utilisée dans l’industrie aérospatiale.Dans le domaine des vols spatiaux, des fibres de carbone à haut module ont été utilisées dans les satellites artificiels en raison de leur légèreté (rigidité) et de leur conductivité thermique et de leur stabilité dimensionnelle.Ces dernières années, ils ont été utilisés dans des satellites de communication comme Iridium.

La masse à mouler est principalement mélangée à la résine thermoplastique sous forme debrins coupés en fibre de verre, qui a pour effet de renforcer, de blindage antistatique et contre les ondes électromagnétiques, et est largement utilisé dans les appareils ménagers, les équipements de bureau, les semi-conducteurs et les domaines connexes.

3. Statut de production des produits en fibre de carbone dans mon pays

  La production et l'utilisation de la fibre de carbone en Chine en sont encore à leurs débuts.La capacité de production nationale de fibre de carbone ne représente qu'environ 0,4 % de la production totale detissu en fibre de carbone haute performancedans le monde, et plus de 90% de la consommation intérieure dépend des importations.La qualité du précurseur PAN a toujours été le goulot d'étranglement limitant la production à grande échelle de l'industrie de la fibre de carbone en Chine.De plus, parce que la fibre de carbone a longtemps été considérée comme un matériau stratégique, les pays développés se sont fermés au monde extérieur.Par conséquent, les experts de l’industrie estiment que le renforcement de la recherche fondamentale est le fondement de l’innovation et le moyen fondamental de développer l’industrie nationale de la fibre de carbone.

Mon pays a commencé à étudier la fibre de carbone dans les années 1960 et 1970, presque au même rythme que le reste du monde.Après plus de 30 ans de travail acharné, la société japonaise Toray a développé des produits en fibre de carbone proches du niveau T300, mais la production et la qualité ne peuvent pas répondre à la demande intérieure, qui est loin de celle des pays étrangers.Par rapport au niveau avancé international, les problèmes en suspens de la fibre de carbone nationale sont une faible résistance de la fibre de carbone, une mauvaise uniformité et stabilité, et le niveau de développement est en retard de près de 20 à 30 ans par rapport à celui des pays avancés, et l'échelle de production est petite, équipement technique est arriéré et l’efficacité de la production est médiocre.

À l'heure actuelle, la capacité mondiale de production de fibres de carbone est d'environ 35 000 tonnes, et la demande annuelle sur le marché chinois est d'environ 6 500 tonnes.C'est un gros consommateur de fibre de carbone.Cependant, la production chinoise de fibres de carbone en 2007 n'était que d'environ 200 tonnes, et il s'agissait principalement de produits peu performants.La majeure partie de l'industrie dépend des importations et les prix sont très élevés.Par exemple, le marché du T300 standard manque de support technique avec des droits de propriété intellectuelle indépendants, et les entreprises nationales ne maîtrisent pas encore toute la technologie de base de la fibre de carbone.La qualité, la technologie et l'échelle de production de la fibre de carbone en Chine sont très différentes de celles des pays étrangers.Parmi eux, la technologie de la fibre de carbone haute performance est monopolisée et bloquée par le Japon et les pays occidentaux.Par conséquent, la localisation de la fibre de carbone prend un long processus.En raison du manque de marché, il y a eu une « fièvre de la fibre de carbone » en Chine ces dernières années, et de nombreux instituts et entreprises de recherche scientifique ont lancé des recherches sur la fibre de carbone et des projets d'industrialisation de milliers de tonnes.

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