Avec les produits en fibre de carbone, la première chose que les gens ressentent lorsqu'ils voient un produit avec un motif en fibre de carbone est qu'il est cool et qu'il a un sens de la mode et de la technologie. Aujourd'hui, nous verrons comment différents modèles de fibres de carbone peuvent être utilisés pour fabriquer des produits en fibre de carbone.
Tout d’abord, nous savons que les fibres de carbone ne sont pas produites individuellement, mais en faisceaux. Le nombre de fibres de carbone dans chaque faisceau peut varier quelque peu, mais en général, elles peuvent être divisées en 1 000, 3 000, 6 000 et 12 000, ce qui correspond au concept familier de 1k, 3k, 6k et 12k.
La fibre de carbone se présente souvent sous forme tissée, ce qui la rend plus facile à manipuler et peut lui conférer une plus grande résistance selon l'application. En conséquence, plusieurs types de tissage sont utilisés pour les tissus en fibre de carbone. Les plus courants sont le tissage toile, le tissage sergé et le tissage satin, que nous décrirons en détail séparément.
Fibre de carbone à armure toile
Les panneaux en fibre de carbone à armure toile sont symétriques et ont l'apparence d'un petit damier. Dans ce type de tissage, les filaments sont tissés selon un motif haut-bas. La faible distance entre les rangées de filaments centraux confère au tissage uni un haut degré de stabilité. La stabilité du tissage est la capacité du tissu à conserver son angle de trame et l’orientation de ses fibres. En raison de sa grande stabilité, l’armure toile convient moins aux laminages aux contours complexes et n’est pas aussi flexible que les autres types d’armure. En général, les armures toile conviennent à l’apparence des panneaux plats, des tubes et des structures 2D courbes.
Un inconvénient de ce type de tissage est la forte courbure du faisceau de filaments due à la faible distance entre les entrelacs (l'angle formé par les fibres lors du tissage, voir ci-dessous). Cette courbure provoque des concentrations de contraintes qui fragilisent la pièce au fil du temps.
Fibre de carbone à armure sergée
Le sergé est un tissage intermédiaire entre l'uni et le satin, dont nous parlerons plus tard. Le sergé a une bonne flexibilité, peut être façonné selon des contours complexes et maintient mieux la stabilité du tissage que le tissage satin, mais pas aussi bien que le tissage simple. Dans une armure sergé, si vous suivez un faisceau de filaments, il va monter d'un certain nombre de filaments puis descendre du même nombre de filaments. Le motif haut/bas crée l'apparence de flèches diagonales appelées « lignes sergées ». L'espacement plus large entre les tresses sergées par rapport à l'armure toile signifie moins de boucles et moins de risque de concentration de contraintes.
Le sergé 2x2 est probablement le tissage en fibre de carbone le plus connu de l'industrie. Il est utilisé dans de nombreuses applications cosmétiques et décoratives, mais offre également une excellente fonctionnalité, est modérément souple et modérément résistant. Comme le nom 2x2 l'indique, chaque faisceau de filaments passe par deux brins puis remonte à travers deux brins. De même, le sergé 4x4 passe à travers 4 faisceaux de filaments puis remonte à travers 4 faisceaux de filaments. Sa formabilité est légèrement meilleure que celle du sergé 2x2, car le tissage est moins dense mais aussi moins stable.
Tissage satiné
Le tissage satiné a une longue histoire dans le tissage et était utilisé au début pour fabriquer des tissus en soie avec un excellent drapé qui semblaient à la fois lisses et sans couture. Dans le cas des composites, cette capacité de drapage permet de façonner et d'enrouler facilement des contours complexes. La facilité avec laquelle le tissu peut être façonné signifie qu'il est moins stable. Les tissages de satin de harnais courants sont le satin de harnais 4 (4HS), le satin de harnais 5 (5HS) et le satin de harnais 8 (8HS). À mesure que le nombre de tissages satinés augmente, la formabilité augmente et la stabilité du tissu diminue.
Le chiffre inscrit dans le nom du harnais satin indique le nombre total de harnais montant et descendant. Au 4HS, il y aura plus de trois harnais en haut et un en bas. À 5HS, il y aura plus de 4 brins vers le haut, puis 1 brin vers le bas, tandis qu'à 8HS, il y aura 7 brins vers le haut, puis 1 brin vers le bas.
Faisceau de filaments à largeur étendue et paquet de filaments standard
Les fibres de carbone en tissu unidirectionnel n'ont aucun état de flexion et peuvent bien résister aux forces. Les faisceaux de filaments de tissu tissé doivent être pliés de haut en bas dans la direction orthogonale, et la perte de résistance peut être importante. Ainsi, lorsque des faisceaux de fibres sont tissés de haut en bas pour former un tissu, la résistance est réduite en raison de l'enroulement du faisceau. Lorsque vous augmentez le nombre de filaments dans un faisceau de filaments standard de 3k à 6k, le faisceau de filaments devient plus grand (plus épais) et l'angle de courbure devient plus grand. Une façon d'éviter cela consiste à déplier les filaments en faisceaux plus larges, ce que l'on appelle déplier le faisceau de filaments et à obtenir un tissu également appelé tissu étalé, qui présente de nombreux avantages.
L'angle de courbure du faisceau de filaments déplié est inférieur à l'angle de tissage d'un faisceau de filaments standard, réduisant ainsi les défauts croisés en augmentant la douceur. Un angle de flexion plus petit se traduira par une résistance plus élevée. Les matériaux en faisceaux de filaments étalés sont également plus faciles à travailler que les matériaux unidirectionnels et ont toujours une assez bonne résistance à la traction des fibres.
Tissus unidirectionnels
Les tissus unidirectionnels sont également connus dans l'industrie sous le nom de tissus UD et, comme leur nom l'indique, « uni » signifie « un », où toutes les fibres pointent dans la même direction. Les tissus unidirectionnels (UD) présentent plusieurs avantages en termes de durabilité. Les tissus UD ne sont pas tissés et ne comportent pas de faisceaux de fils entrelacés et bouclés. Seuls les fils continus hautement orientés offrent une résistance et une rigidité supplémentaires. Un autre avantage est la possibilité d'ajuster la résistance du produit en modifiant l'angle et le rapport des chevauchements. Un bon exemple est l’utilisation de tissus unidirectionnels pour les cadres de vélos afin d’optimiser la structure des couches afin de réguler les performances. Le cadre doit rester rigide dans la zone du boîtier de pédalier pour transférer l'énergie du cycliste aux roues, tout en étant flexible et malléable. Le tissage unidirectionnel vous permet de choisir la direction exacte de la fibre de carbone pour obtenir la résistance requise.
L’un des plus gros inconvénients du tissu unidirectionnel est sa mauvaise maniabilité. Le tissu unidirectionnel se défait facilement lors du laminage car il ne contient aucune fibre entrelacée qui le maintient ensemble. Si les fibres ne sont pas correctement positionnées, il est quasiment impossible de les positionner correctement. Des problèmes peuvent également survenir lors de la coupe de tissu unidirectionnel. Si les fibres sont arrachées à un certain point de la coupe, ces fibres lâches sont transportées sur toute la longueur du tissu. En règle générale, si des tissus unidirectionnels sont choisis pour la superposition, des tissus unis, sergés et satinés sont utilisés pour la première et la dernière couches afin d'améliorer la maniabilité et la durabilité des pièces. Dans les couches intermédiaires, des tissus unidirectionnels sont utilisés pour contrôler avec précision la résistance de l'ensemble de la pièce.
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Heure de publication : 16 juin 2023
