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Caractéristiques, application et développement de la fibre de carbone

 
1.Caractéristiques et propriétés de la fibre de carbone

Matériaux en fibre de carbone sont noirs, durs, à haute résistance, légers et autres nouveaux matériaux avec d'excellentes propriétés mécaniques.Sa densité est inférieure à 1/4 de l'acier.La résistance à la traction des matériaux composites à base de 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 230000MPa et 430000MPa.Par conséquent, la résistance spécifique du CFRP, c'est-à-dire le rapport de la résistance du matériau à sa densité, est supérieure à 20000MPa/(g/cm3), mais la résistance spécifique de l'acier A3 est de 590MPa/(g/cm3). le module d'élasticité est également supérieur à celui de l'acier.Plus la résistance spécifique du matériau est élevée, plus le poids propre de la pièce est petit, plus le module d'élasticité spécifique est élevé, plus la rigidité de la pièce est grande.En ce sens, la large perspective d'application de la fibre de carbone dans l'ingénierie est illustrée.Considérant 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'âge de l'acier.

Fibre de carbone PAN et matériaux composites en fibre de verre:
(1) Propriétés mécaniques, densité inférieure à celle du métal, poids léger ;haut module, haute rigidité, haute résistance, haute résistance à la fatigue, excellente résistance à l'usure et pouvoir lubrifiant;excellente atténuation des vibrations;
(2) Petite résistance à la chaleur, stabilité, coefficient de dilatation thermique, bonne stabilité dimensionnelle, conductivité thermique;excellente résistance à la chaleur sous gaz inerte ;
(3) Il appartient à une variété de matériaux conducteurs ayant des propriétés de conductivité électrique et de protection contre les ondes électromagnétiques, et des propriétés de conductivité électrique et de protection contre les ondes électromagnétiques.
(4) Il est excellent en transmission des rayons X et une structure appropriée peut être conçue en fonction de l'objectif.

En 2007, le principal Fournisseur de fibre de carbone Toray Co., Ltd. a coopéré avec Nissan Motor et d'autres sociétés pour développer des matériaux de pointe utilisant de la fibre de carbone, ce qui peut 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 du classique.Les constructeurs prévoient d'apporter la nouvelle technologie aux véhicules utilitaires d'ici trois ans.La nouvelle technologie promet d'accélérer le passage aux matières premières automobiles centrées sur l'acier dans le contexte d'une réglementation plus stricte sur la facture de carburant pour 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 est nommée pour sa haute teneur en carbone.La fibre de carbone possède diverses excellentes propriétés du carbone élémentaire, telles qu'une faible gravité spécifique, une résistance à la chaleur, une résistance aux chocs thermiques, une résistance chimique et une conductivité, etc. Elle présente un enchevêtrement de fibres et d'excellentes propriétés mécaniques.En particulier, sa résistance spécifique et son module d'élasticité spécifique sont élevés, et il peut supporter une température élevée de 2000 dans des conditions d'isolement de l'oxygène.C'est une industrie importante matière première en fibre de verre et 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 carbone clubs de golf dans le monde est d'environ 40 millions de bouteilles, et la quantité de fibre de carbone équivaut à 2 000 tonnes.L'application 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 du vol spatial, les fibres de carbone à haut module ont été utilisées dans les satellites artificiels en raison de leur légèreté (rigidité) et de leur conductivité thermique de stabilité dimensionnelle.Ces dernières années, ils ont été utilisés dans des satellites de communication tels que l'iridium.

Le composé de moulage est principalement mélangé à la résine thermoplastique sous forme de brins coupés en fibre de verre, qui a pour effet de renforcer, de protéger les ondes antistatiques et 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 dans mon pays en sont encore à leurs débuts.La capacité de production de fibre de carbone nationale ne représente qu'environ 0,4 % de la production totale de tissu en fibre de carbone haute performance dans 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 dans mon pays.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 des années 1960 aux années 1970, suivant presque le rythme 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 des pays étrangers.Par rapport au niveau avancé international, les problèmes en suspens de la fibre de carbone nationale sont la faible résistance de la fibre de carbone, l'uniformité et la stabilité médiocres, et le niveau de développement est de près de 20 à 30 ans derrière celui des pays avancés, et l'échelle de production est petite, équipement technique est arriéré et l'efficacité de la production est médiocre.

A l'heure actuelle, le monde fibre de carbone pret la capacité de production 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 de fibre de carbone de la Chine en 2007 n'était que d'environ 200 tonnes, et principalement des produits à faible performance.La majeure partie de l'industrie dépend des importations et le prix est très élevé.Par exemple, le marché standard du T300 manque de support technique avec des droits de propriété intellectuelle indépendants, et les entreprises nationales ne maîtrisent pas encore la technologie complète du noyau en fibre de carbone.La qualité, la technologie et l'échelle de production de la fibre de carbone dans mon pays sont très différentes de celles des pays étrangers.Parmi eux, le fibre de carbone haute performance la technologie est monopolisée et bloquée par le Japon et les pays occidentaux.Par conséquent, il faut un long processus pour réaliser la localisation de la fibre de carbone.En raison de l'absence de marché, il y a eu une 'fièvre de la fibre de carbone' en Chine ces dernières années, et de nombreux instituts de recherche scientifique et entreprises ont lancé des projets de recherche sur la fibre de carbone et d'industrialisation de plusieurs milliers de tonnes.
 

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