À propos de la fibre de carbone
La fibre de carbone est un polymère qui est un matériau très résistant qui est également très léger. Les fibres de carbone présentent plusieurs avantages, notamment une rigidité élevée, une résistance élevée à la traction, un faible poids, une résistance chimique élevée, une tolérance aux températures élevées et une faible dilatation thermique. La fibre de carbone est cinq fois plus résistante que l’acier et deux fois plus rigide. Bien que la fibre de carbone soit plus solide et plus rigide que l’acier, elle est plus légère que l’acier ; ce qui en fait le matériau de fabrication idéal pour de nombreuses pièces. Les fibres de carbone sont généralement combinées avec d’autres matériaux pour former un composite.
Résumé
| Nom | Fibre de carbone |
| Phase à STP | solide |
| Densité | 2000kg/m3 |
| Résistance à la traction ultime | 4000 MPa |
| Limite d’élasticité | 2500 MPa |
| Module d’élasticité de Young | 500 GPa |
| Dureté Brinell | N / A |
| Point de fusion | 3657°C |
| Conductivité thermique | 100W/mK |
| Capacité thermique | 800 J/g·K |
| Prix | 22 $/kg |
Composition de la fibre de carbone
Pour produire une fibre de carbone, les atomes de carbone sont liés ensemble dans des cristaux qui sont plus ou moins alignés parallèlement au grand axe de la fibre car l’alignement des cristaux donne à la fibre un rapport résistance/volume élevé (en d’autres termes, il est fort pour sa taille). Plusieurs milliers de fibres de carbone sont regroupées pour former un câble, qui peut être utilisé seul ou tissé dans un tissu.
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Applications de la fibre de carbone
La fibre de carbone est notamment utilisée pour renforcer les matériaux composites, en particulier la classe de matériaux connus sous le nom de polymères renforcés de fibre de carbone ou de graphite. La fibre de carbone peut avoir un coût plus élevé que d’autres matériaux, ce qui a été l’un des facteurs limitants de l’adoption. Dans une comparaison entre les matériaux en acier et en fibre de carbone pour les matériaux automobiles, la fibre de carbone peut être 10 à 12 fois plus chère. L’utilisation croissante de composites en fibre de carbone déplace l’aluminium des applications aérospatiales au profit d’autres métaux en raison de problèmes de corrosion galvanique.
Propriétés mécaniques de la fibre de carbone
Résistance de la fibre de carbone
En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine.
La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique. Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. En cas de contrainte de traction d’une barre uniforme (courbe contrainte-déformation), la loi de Hooke décrit le comportement d’une barre dans la région élastique. Le module d’élasticité de Youngest le module d’élasticité pour les contraintes de traction et de compression dans le régime d’élasticité linéaire d’une déformation uniaxiale et est généralement évalué par des essais de traction.
Voir aussi : Résistance des matériaux
Résistance à la traction ultime de la fibre de carbone
La résistance à la traction ultime de la fibre de carbone est de 4000 MPa.
Limite d’élasticité de la fibre de carbone
La limite d’élasticité de la fibre de carbone est de 2500 MPa.
Module d’élasticité de la fibre de carbone
Le module d’élasticité de Young de la fibre de carbone est de 500 MPa.
Dureté de la fibre de carbone
En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface ( déformation plastique localisée ) et aux rayures . Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.
L’ indice de dureté Brinell (HB) est la charge divisée par la surface de l’indentation. Le diamètre de l’empreinte est mesuré avec un microscope à échelle superposée. Le nombre de dureté Brinell est calculé à partir de l’équation :
La dureté Brinell de la fibre de carbone est d’environ N/A.
Voir aussi : Dureté des matériaux
La résistance des matériaux
Élasticité des matériaux
Dureté des matériaux
Propriétés thermiques de la fibre de carbone
Fibre de carbone – Point de fusion
Le point de fusion de la fibre de carbone est de 3657 °C .
Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard. En général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre. Pour divers composés chimiques et alliages, il est difficile de définir le point de fusion, car il s’agit généralement d’un mélange de divers éléments chimiques.
Fibre de carbone – Conductivité thermique
La conductivité thermique de la fibre de carbone est de 100 W/(m·K) .
Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique , k (ou λ), mesurée en W/mK . C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction . Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.
La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:
La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire k = k (T) . Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.
Fibre de carbone – Chaleur spécifique
La chaleur spécifique de la fibre de carbone est de 800 J/g K .
La chaleur spécifique, ou capacité thermique spécifique, est une propriété liée à l’énergie interne très importante en thermodynamique. Les propriétés intensives c v et c p sont définies pour des substances compressibles pures et simples comme des dérivées partielles de l’ énergie interne u(T, v) et de l’ enthalpie h(T, p) , respectivement :
où les indices v et p désignent les variables maintenues fixes lors de la différenciation. Les propriétés c v et c p sont appelées chaleurs spécifiques (ou capacités calorifiques ) car, dans certaines conditions particulières, elles relient le changement de température d’un système à la quantité d’énergie ajoutée par transfert de chaleur. Leurs unités SI sont J/kg K ou J/mol K .
Point de fusion des matériaux
Conductivité thermique des matériaux
Capacité calorifique des matériaux
Propriétés et prix des autres matériaux
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