Sélection de résines composites de fibres de carbone

Les composites sont constitués de fibres renforcées et de matériaux plastiques. Le rôle de la résine dans les composites est très important. Le choix de la résine détermine une série de paramètres caractéristiques du procédé, certaines propriétés et fonctions mécaniques (propriétés thermiques, inflammabilité, résistance à l'environnement, etc.). Les propriétés de la résine sont également des facteurs clés pour comprendre les propriétés mécaniques des composites. Lorsque la résine est sélectionnée, une série de processus et de propriétés des composites sont naturellement déterminés.

À l'heure actuelle, la plupart des applications et des propriétés des fibres de carbone exigent que la résine soit choisie comme support. Les propriétés de la résine affectent grandement les propriétés globales des composites. Différents environnements d'application et exigences exigent que la résine soit mélangée avec différents composants. La résine choisie peut avoir un impact important sur le projet terminé. Le choix de la résine moulée peut varier en fonction de la compatibilité du tissu, des conditions d'utilisation et des propriétés souhaitées des composants finis. Trois types de résines thermodurcissables sont généralement pris en considération lors de la fabrication de composites de fibres de carbone: époxy, ester vinylique et polyester. Voici un résumé de ces trois aspects, y compris leurs fonctions et dans quelle mesure ils devraient être utilisés.

Résine époxy

Pour les pièces composites nécessitant une résistance ultime, le fabricant utilisera de l'époxy. En plus d'améliorer les propriétés de résistance, les résines époxy sont généralement mieux adaptées à la stabilité dimensionnelle et à une liaison accrue avec d'autres matériaux que les polyesters et les esters de vinyle.

Avantages:

Résine époxy, haute résistance, pour perfusion sous vide, facile à manipuler, viscosité moyenne

Lacunes:

Ne doit pas être utilisé sur des feutres de fibres coupées courtes, non stabilisés par les rayons UV et doit être associé à une finition lorsqu'ils sont exposés aux rayons UV.

Résine de polyester

La résine de polyester est la résine la plus utilisée dans l'industrie des composites. Les résines de polyester sont moins chères que les résines époxy, ont une certaine résistance à la corrosion et sont plus tolérantes. La plupart des composants en fibre de verre sont fabriqués à partir de résines de polyester parce qu'ils sont faciles à utiliser, rapidement durcis et résistants aux températures élevées et aux limites du catalyseur. Fiber glast dispose de deux types différents de résines de polyester, chacune ayant ses propres avantages et utilisations.

Facile à manipuler, humidification rapide, indice de thixotropie élevé (le produit ne fonctionne pas sur une surface verticale)

Lacunes:

Propriétés physiques inférieures à celles des résines plus chères

Résine d'ester vinylique

Les résines d'ester vinylique sont considérées comme un mélange de polyester et d'époxy, ce qui signifie que leurs propriétés de traitement, leurs propriétés et leurs prix se situent généralement entre les deux autres résines. Il est important de noter que les résines d'ester vinylique fourniront la plus haute résistance à la corrosion, à la température et à l'allongement (ténacité) des trois résines. Par conséquent, ils sont généralement utilisés lorsqu'une grande durabilité, stabilité thermique et résistance à la corrosion sont nécessaires.

Avantages:

Résine d'ester vinylique

- très stable, résistant à la corrosion et à la chaleur

Lacunes:

Courte durée de conservation (3 mois)

Il est donc important de comprendre les différences entre les résines et comment elles affectent les propriétés des composites. Mais tous les composites ont des avantages communs: une résistance, une rigidité, un poids plus léger et une meilleure protection de l'environnement. Chacune de ces caractéristiques peut se démarquer davantage par l'utilisation de résines complémentaires. Pour choisir la résine la plus appropriée, il faut d'abord déterminer les principales propriétés requises du composite.

1. Complément aux fonctions existantes

La méthode la plus rentable pour fabriquer des composites légers est l'utilisation de résines de polyester non saturées. La résine possède des propriétés mécaniques, électriques et chimiques relativement bonnes et peut être utilisée dans une série d'applications générales telles que le transport, la structure et les profilés de construction.

Cependant, si une dureté ou une résistance plus élevée est nécessaire, la résine époxy peut être considérée comme la meilleure. La forte liaison entre la résine époxy et la fibre signifie que des charges de cisaillement plus élevées peuvent être transférées entre les fibres, ce qui donne aux composites des valeurs de résistance plus élevées. En combinaison avec une teneur en fibres plus élevée permise par la résine époxy, les composites peuvent être fabriqués avec une résistance et une rigidité exceptionnelles et peuvent être modifiés si nécessaire pour des applications à haute température.

Alternativement, les résines d'ester vinylique peuvent être un meilleur choix si les composites ont besoin d'une résistance à l'environnement en plus de la dureté. La structure moléculaire des esters vinyliques offre une résistance chimique, de sorte que l'utilisation d'esters vinyliques améliorera les propriétés des composites s'ils sont utilisés dans le milieu marin ou dans des applications industrielles où il existe des acides ou des alcalis.

Lors de la production de profilés composites nécessitant un assemblage par vis, les matériaux composites doivent avoir une résistance à la fissuration et à la rupture. Cela peut être réalisé par la conception structurale, mais le choix d'une résine appropriée peut simplifier la structure, réduire les coûts et rendre les composites adaptés à une application plus large. Par exemple, le polyuréthane est très résistant par rapport au polyester non saturé et est donc idéal pour de telles applications.

2. Ajouter une nouvelle fonctionnalité

Le choix de résines complémentaires aux propriétés les plus précieuses des composites améliorera les propriétés et la durée de vie des composites. Cependant, prendre le temps de choisir la résine vous aidera beaucoup plus que d'améliorer les performances existantes.

Les résines peuvent également ajouter de nouvelles propriétés aux produits composites. Les additifs de résine peuvent être ajoutés à la résine pour obtenir un large éventail d'avantages, allant d'une simple amélioration de la finition ou de la couleur de la surface à des améliorations plus complexes telles que la résistance aux UV, aux bactéries ou aux virus.

Par exemple, comme les résines se décomposent naturellement lorsqu'elles sont exposées à la lumière du soleil, l'ajout d'absorbants UV pour prévenir le rayonnement UV peut améliorer les propriétés des composites dans un environnement lumineux, ce qui entraîne souvent la fragilisation et la décomposition des matériaux.

De même, les additifs antimicrobiens peuvent être mélangés à la résine pour prévenir la contamination bactérienne ou fongique. Cela est utile pour tout produit complexe impliquant des opérations manuelles, telles que les machines, les transports publics et le matériel médical.

3. Autres influences extérieures

Il convient de noter que, dans certains cas, l'ajout d'additifs de résine peut modifier les propriétés des composites. Par exemple, dans certains cas extrêmes, de grandes quantités d'additifs ignifuges sont nécessaires pour fonctionner efficacement. À ce stade, le nombre de fibres dans les composites doit être réduit et la résistance et la rigidité doivent être réduites en conséquence.

La sélection des résines est un élément important de la conception globale des composites et ne doit pas être négligée. La solution optimale peut être créée en déterminant les propriétés les plus idéales du composite, en l'adaptant à la résine appropriée pour améliorer ces propriétés et en tenant compte de l'équilibre entre la fibre et la résine.