La fibre de carbone est un matériau fibreux à hautes performances. Son processus de préparation comprend principalement les étapes suivantes :
1. Sélection des matières premières
La principale matière première de la fibre de carbone est le polyacrylonitrile, qui est une fibre synthétique.
Certaines autres matières premières comme le brai de charbon, les fibres naturelles, peuvent également être utilisées pour préparer les fibres de carbone.
2. Filature
Le précurseur est mélangé à d’autres matériaux puis transformé en fibres.
Les fibres sont ensuite lavées et étirées.
3. Stabilisation
La fibre de carbone doit être modifiée chimiquement avant la carbonisation pour la rendre plus stable thermiquement en changeant ses liaisons atomiques linéaires en liaisons en échelle. Chauffez la fibre à l'air à 200-300 degrés pendant environ 30 minutes à 2 heures. Ce processus de chauffage force les atomes de carbone à absorber les atomes d'oxygène de l'air et réorganise les molécules en motifs de liaison plus stables thermiquement.
Ce processus exothermique doit être soigneusement contrôlé pour éviter une surchauffe de la fibre. Il existe plusieurs méthodes utilisées pour stabiliser la fibre de carbone.
4.Carbonisation
Une fois la fibre thermiquement stabilisée, elle est chauffée à 1,000-3,000 degré en l'absence d'oxygène pendant plusieurs minutes.
Le manque d'oxygène empêche les fibres de brûler à une température aussi élevée. Au cours de ce processus, il est important de maintenir la pression de l'air à l'intérieur du four plus élevée que la pression de l'air à l'extérieur du four et de maintenir l'entrée et la sortie de la fibre scellées pour empêcher l'oxygène de pénétrer dans le four.
À cette température élevée, la fibre expulse ses atomes non carbonés et les atomes de carbone restants forment des cristaux de carbone étroitement liés.
Ces cristaux de carbone sont alignés parallèlement à l’axe long de la fibre de carbone.
5.Traitement de surface
Le processus de carbonisation donne à la fibre une surface lisse qui ne peut pas bien adhérer à la résine époxy et aux autres matériaux utilisés pour fabriquer des produits composites.
La surface est donc légèrement oxydée. L'oxydation confère à la surface de meilleures propriétés de liaison chimique tout en gravant la surface pour permettre aux produits chimiques de mieux adhérer à la surface.
Les fibres sont parfois oxydées en les immergeant dans des gaz comme le dioxyde de carbone, l'air ou l'ozone, ou dans des liquides comme l'acide nitrique ou l'hypochlorite de sodium. D'autres fois, l'oxydation est obtenue par électrolyse en plongeant des fibres chargées positivement dans un bain de matériau conducteur.
Quelle que soit la méthode de préparation de surface utilisée, il est essentiel qu'elle soit réalisée sous la surveillance attentive d'experts afin d'éviter l'introduction d'imperfections de surface pouvant entraîner une défaillance du matériau.
6. Dimensionnement
Une fois oxydées, les fibres sont enveloppées pour éviter tout dommage lorsqu'elles sont enroulées sur des bobines ou tissées dans du tissu.
Le processus de revêtement est appelé dimensionnement, et le matériau de dimensionnement est soigneusement sélectionné pour être compatible avec l'adhésif utilisé pour former la structure composite.
Les matériaux de revêtement peuvent inclure du polyester, du nylon, de l'uréthane ou de l'époxy.
Il convient de noter que le processus de préparation de la fibre de carbone est relativement complexe et nécessite un contrôle strict du processus et des conditions d'équipement pour garantir que la fibre de carbone présente de bonnes performances et une bonne qualité.
