Avantages et inconvénients du plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP)
Le PRFCest un matériau léger et résistant qui est largement utilisé dans la production et la fabrication de nombreux produits utilisés dans notre vie quotidienne. Les composites renforcés de fibres de carbone, ou CFRP en abrégé, sont des composites renforcés de fibres qui utilisent des fibres de carbone comme composant structurel principal. Il convient de noter que le « P » dans les composites CFRP peut signifier non seulement « polymère » mais aussi « plastique ».
En général, les résines thermodurcissables, telles que les résines époxy, les polyesters ou les esters vinyliques, sont souvent utilisées dans les composites CFRP. Bien que les résines thermoplastiques soient également utilisées dans les composites CFRP, les « composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone » sont souvent appelés composites CFRTP, ce qui signifie Composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone. acronyme.
Lorsqu’il s’agit de composites, il est important de comprendre la terminologie et les abréviations spécifiques à un matériau. Plus important encore, cependant, est la nécessité de comprendre les propriétés des composites FRP et de leurs différents renforts, tels que la fibre de carbone.
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Propriétés des composites en fibre de carbone
Les composites renforcés de fibres de carbone, contrairement à d’autres composites FRP qui utilisent des fibres traditionnelles, telles que les fibres de verre ou les fibres polyamides aromatiques, ont d’excellentes propriétés des composites CFRP, notamment
Poids léger- Les composites traditionnels renforcés de fibres de verre utilisent des fibres de verre continues à 70% (poids du verre / poids total) et ont généralement une densité de 0,065 livre par pouce cube.
Haute résistance- Les composites CFRP, malgré leur poids léger, ont une résistance plus élevée et une plus grande rigidité par unité de poids que les composites en fibre de verre. Cet avantage est encore plus prononcé par rapport aux matériaux métalliques. Par exemple, l’expérience nous dit que les matériaux CFRP représentent 1/5 du poids de l’acier pour la même résistance, alors imaginez pourquoi tous les constructeurs automobiles envisagent d’utiliser de la fibre de carbone au lieu de l’acier pour améliorer les performances de leurs produits.
Lorsque les composites CFRP sont comparés à l’aluminium, l’un des métaux les plus légers en termes de masse, le poids est environ 1,5 fois supérieur à celui d’un corps en fibre de carbone, sur la base de l’hypothèse de base que l’aluminium est à résistance égale.
Bien sûr, il existe de nombreuses autres variables dans l’expérience qui peuvent affecter les résultats de la comparaison, par exemple, les différentes qualités et qualités des matériaux, le processus de compoundage, le processus de production, la structure des fibres et la qualité doivent également être pris en compte.
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Inconvénients des composites en fibre de carbone
Coût élevé- Malgré les excellentes performances des composites CFRP, pourquoi les fibres de carbone ne sont-elles pas largement utilisées dans la production de produits ? Actuellement, le coût de production des composites CFRP est trop élevé. Selon les conditions actuelles du marché (offre et demande), le type de fibre de carbone (aérospatiale vs commercial) et la taille du faisceau de fibres, le prix de la fibre peut être très différent.
Le prix par livre de fibre de carbone brute peut varier de 5 à 25 fois le prix de la fibre de verre. Comparé à l’acier, le coût élevé du matériau CFRP est encore plus important.
Conductivité électrique- Cela peut être à la fois un avantage des composites en fibre de carbone et un inconvénient possible dans les applications pratiques. Les fibres de carbone sont extrêmement conductrices, tandis que les fibres de verre sont isolantes. La raison pour laquelle de nombreux produits utilisent de la fibre de verre et ne peuvent pas être remplacés par de la fibre de carbone ou du métal est due aux propriétés isolantes strictes requises.
Dans la production de services publics, de nombreux produits nécessitent l’utilisation de fibre de verre. Par exemple, les échelles sont fabriquées en utilisant de la fibre de verre comme cadre d’échelle pour la raison suivante: Lorsqu’une échelle en fibre de verre entre en contact avec des lignes électriques, la probabilité de choc électrique est beaucoup plus faible. Les échelles en fibre de carbone, en revanche, sont extrêmement conductrices et les conséquences sont impensables.
Malgré le coût élevé des composites en fibre de carbone, cependant, avec les progrès de la technologie, des produits plus efficaces et efficients émergeront dans un proche avenir. Peut-être que de notre vivant, nous pouvons nous attendre à voir l’utilisation généralisée de produits en fibre de carbone haute performance sur le marché de la consommation, la production industrielle et la fabrication automobile.
En général, les résines thermodurcissables, telles que les résines époxy, les polyesters ou les esters vinyliques, sont souvent utilisées dans les composites CFRP. Bien que les résines thermoplastiques soient également utilisées dans les composites CFRP, les « composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone » sont souvent appelés composites CFRTP, ce qui signifie Composites thermoplastiques renforcés de fibres de carbone. acronyme.
Lorsqu’il s’agit de composites, il est important de comprendre la terminologie et les abréviations spécifiques à un matériau. Plus important encore, cependant, est la nécessité de comprendre les propriétés des composites FRP et de leurs différents renforts, tels que la fibre de carbone.
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Propriétés des composites en fibre de carbone
Les composites renforcés de fibres de carbone, contrairement à d’autres composites FRP qui utilisent des fibres traditionnelles, telles que les fibres de verre ou les fibres polyamides aromatiques, ont d’excellentes propriétés des composites CFRP, notamment
Poids léger- Les composites traditionnels renforcés de fibres de verre utilisent des fibres de verre continues à 70% (poids du verre / poids total) et ont généralement une densité de 0,065 livre par pouce cube.
Haute résistance- Les composites CFRP, malgré leur poids léger, ont une résistance plus élevée et une plus grande rigidité par unité de poids que les composites en fibre de verre. Cet avantage est encore plus prononcé par rapport aux matériaux métalliques. Par exemple, l’expérience nous dit que les matériaux CFRP représentent 1/5 du poids de l’acier pour la même résistance, alors imaginez pourquoi tous les constructeurs automobiles envisagent d’utiliser de la fibre de carbone au lieu de l’acier pour améliorer les performances de leurs produits.
Lorsque les composites CFRP sont comparés à l’aluminium, l’un des métaux les plus légers en termes de masse, le poids est environ 1,5 fois supérieur à celui d’un corps en fibre de carbone, sur la base de l’hypothèse de base que l’aluminium est à résistance égale.
Bien sûr, il existe de nombreuses autres variables dans l’expérience qui peuvent affecter les résultats de la comparaison, par exemple, les différentes qualités et qualités des matériaux, le processus de compoundage, le processus de production, la structure des fibres et la qualité doivent également être pris en compte.
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Inconvénients des composites en fibre de carbone
Coût élevé- Malgré les excellentes performances des composites CFRP, pourquoi les fibres de carbone ne sont-elles pas largement utilisées dans la production de produits ? Actuellement, le coût de production des composites CFRP est trop élevé. Selon les conditions actuelles du marché (offre et demande), le type de fibre de carbone (aérospatiale vs commercial) et la taille du faisceau de fibres, le prix de la fibre peut être très différent.
Le prix par livre de fibre de carbone brute peut varier de 5 à 25 fois le prix de la fibre de verre. Comparé à l’acier, le coût élevé du matériau CFRP est encore plus important.
Conductivité électrique- Cela peut être à la fois un avantage des composites en fibre de carbone et un inconvénient possible dans les applications pratiques. Les fibres de carbone sont extrêmement conductrices, tandis que les fibres de verre sont isolantes. La raison pour laquelle de nombreux produits utilisent de la fibre de verre et ne peuvent pas être remplacés par de la fibre de carbone ou du métal est due aux propriétés isolantes strictes requises.
Dans la production de services publics, de nombreux produits nécessitent l’utilisation de fibre de verre. Par exemple, les échelles sont fabriquées en utilisant de la fibre de verre comme cadre d’échelle pour la raison suivante: Lorsqu’une échelle en fibre de verre entre en contact avec des lignes électriques, la probabilité de choc électrique est beaucoup plus faible. Les échelles en fibre de carbone, en revanche, sont extrêmement conductrices et les conséquences sont impensables.
Malgré le coût élevé des composites en fibre de carbone, cependant, avec les progrès de la technologie, des produits plus efficaces et efficients émergeront dans un proche avenir. Peut-être que de notre vivant, nous pouvons nous attendre à voir l’utilisation généralisée de produits en fibre de carbone haute performance sur le marché de la consommation, la production industrielle et la fabrication automobile.