Qu’est-ce qu’un tube en PRFC ?
Les tubes en PRFC sont des tuyaux tubulaires qui utilisent du plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC). Le terme tubes en PRFC est l’abréviation de Fibre Reinforced Plastics (plastique renforcé de fibres). La résine est renforcée par des fibres de carbone et présente une résistance spécifique et un module inélastique élevés.
Les plastiques renforcés de fibres de carbone sont donc utilisés dans l’exploration spatiale et les composants d’avions.
Parmi les autres types de plastiques renforcés, on trouve les PRF (plastiques renforcés de fibres) et les PRV (plastiques renforcés de fibres de verre), qui présentent des propriétés physiques différentes en fonction de la composition et de la teneur en fibres de carbone.
- FRP
Le PRF est un matériau composite dont la résistance est augmentée par l’ajout de fibres de verre à haut module d’élasticité à une matière plastique à faible module d’élasticité.
- GFRP
Le GFRP est un matériau composite fabriqué en solidifiant des fibres de verre avec des résines telles que l’ester vinylique ou l’époxy. Il est vendu à un prix inférieur à celui des autres plastiques renforcés.
Utilisations des tubes en PRFC
Les tubes en PRFC sont utilisés pour les antennes, les clôtures, les poteaux, les arbres, les cannes à pêche et les tuyaux pour les jambes prothétiques.
Le PRFC a généralement un faible coefficient de dilatation thermique, inférieur à 3 ppm.
C’est pourquoi il est utilisé dans les télescopes astronomiques et les cadres de gabarits d’inspection.
De plus, il possède d’excellentes propriétés d’amortissement des vibrations, avec une rigidité spécifique environ cinq fois supérieure à celle de l’acier. Parmi les produits qui bénéficient de ces avantages figurent les mains de transfert des écrans LCD et les robots à liaison parallèle.
Il est également utilisé dans les boîtiers de batteries pour satellites artificiels en raison de sa large gamme de conductivité thermique élevée, allant de 2 à 300 W-m/°C.
De plus, ses propriétés non magnétiques, résistantes à la corrosion et conductrices permettent de l’utiliser dans les boîtiers de moteurs linéaires, le renforcement sismique, les réservoirs industriels et les composants antistatiques.
Principe des tubes en PRFC
Les tubes en PRFC peuvent être fabriqués selon deux méthodes principales : l’enroulement filamentaire (FW) et l’enroulement en nappe (SW).
- Qu’est-ce que le FW ?
Dans le procédé FW, les rovings (faisceaux de fibres de carbone) sont imprégnés de résine liquide et enroulés autour d’un mandrin rotatif (moule).
- Qu’est-ce que le SW ?
La méthode SW consiste à enrouler un pré-imprégné (une feuille de fibre de carbone imprégnée de résine) autour d’un mandrin, qui est ensuite enveloppé d’un ruban thermorétractable avant d’être chauffé et durci dans un four ou un dispositif similaire.
Les PRFC n’ont généralement pas les mêmes performances et fonctions standard que les PRFV.
Par conséquent, il n’existe pas de produits standard pour les matériaux CFRP et les matériaux sont utilisés en fonction de la conception et de la fabrication, en utilisant les performances et les fonctions des fibres de carbone.
Le PRFC se distingue ainsi des métaux et des plastiques, pour lesquels la conception des matériaux est essentielle lors de la fabrication des produits.
De plus, l’empilage symétrique en miroir est principalement utilisé comme méthode d’empilage de base pour les PRFC. Cette méthode de stratification permet d’éviter les déformations thermiques lors du refroidissement après la polymérisation.
Les tubes en PRFC sont ciblés dans chacune des directions de la hauteur et de la largeur par rapport au centre de la section transversale du tube.
Types de PRFC
Le PRFC est un produit composé de fibres de carbone moulées avec de la résine, qui peut être divisé en deux types en fonction de la résine de base : le PRFC thermodurcissable (CFRTS) et le PRFC thermoplastique (CFRTP).
- PRFC thermodurcissable
Les PRFC thermodurcissables sont formés en traitant une feuille de fibre de carbone imprégnée de résine époxy (préimprégnée) à la taille requise, en la durcissant par chauffage, en plaçant les fibres de carbone dans un moule scellé et en y versant la résine époxy. Cette méthode est appelée moulage RTM (Resin Transfer Moulding).
- PRFC thermoplastique
Le PRFC thermoplastique utilise le polypropylène ou des matériaux similaires comme matériau de base et est formé en chauffant le pré-imprégné, en le ramollissant et en le pressant. Le moulage par injection peut également être utilisé comme méthode alternative.
La production de masse exigeant des temps de moulage courts, des technologies sont en cours de développement pour les PRFC thermodurcissables et thermoplastiques.
Outre les matériaux susmentionnés, de nombreux autres types de matériaux de base pour les PRFC sont également envisagés.
Par exemple, la résine acrylique (PMMA), le 6-nylon (PA6), le polyamide (PA66), le polycarbonate (PC), le sulfure de polyphénylène (PPS) et le polyétheréthercétone (PEEK) font partie des résines thermoplastiques, tandis que la résine époxy (EP) est une résine thermodurcissable. Les résines thermodurcissables comprennent les résines époxy (EP).
Caractéristiques du PRFC
Le PRFC possède de nombreuses propriétés. Par exemple, il présente une excellente résistance chimique, une résistance à la fatigue, une résistance à l’abrasion et une résistance à la chaleur, ainsi qu’un module spécifique et une résistance spécifique élevés. De plus, le PRFC est un matériau très léger.
Si l’on compare certains matériaux, les plastiques de base ont un poids spécifique d’environ 1,0 gramme par centimètre cube, l’aluminium d’environ 2,8 grammes par centimètre cube, le titane d’environ 4,5 grammes par centimètre cube et le fer d’environ 7,8 grammes par centimètre cube.
Le PRFC, quant à lui, pèse environ 1,8 gramme par centimètre cube. Il se situe approximativement dans la position intermédiaire entre les matières plastiques de base et l’aluminium.
Ces caractéristiques sont donc utilisées non seulement dans l’exploration spatiale et l’aéronautique, mais aussi dans les équipements sportifs et de transport.
Le PRFC est également utilisé dans les appareils à rayons X, en remplacement de l’aluminium, traditionnellement utilisé, en raison de sa transmission élevée des rayons X.