Fibre de carbone coupée contre fibre de carbone continue : différences clés de performance

Dans le domaine des composites en fibre de carbone, « fibre de carbone coupée » et « fibre de carbone continue » sont deux termes incontournables. Tous deux servent de matériaux de renfort en fibre de carbone, mais présentent des « personnalités » nettement différentes en ce qui concerne la morphologie structurelle, les propriétés mécaniques, les méthodes de transformation et application scénarios.
Alors, quelles sont les principales différences de performance entre les deux ? Et comment choisir entre eux dans des applications pratiques ? Cet article vous aidera à bien les comprendre d’un seul coup d’œil.

Morphologies de fibres différentes

Fibres de carbone hachées
Ce procédé consiste à couper des fibres de carbone continues en courtes fibres mesurant quelques millimètres à plusieurs dizaines de millimètres de longueur, généralement entre 0,1 et 12 mm. Ces fibres apparaissent sous forme de segments courts ou de fragments, ressemblant à des grains de riz ou à des faisceaux colinéaires.

Des fibres de carbone continues
En conservant la longueur totale des fibres et en les organisant de manière ordonnée — qu'elle soit unidirectionnelle, tissée ou multi-axiale — on permet une transmission et une résistance précises aux charges. La longueur des filaments peut dépasser plusieurs kilomètres, étant enroulée sur des bobines sous forme de fils ou de faisceaux de filaments. Un seul faisceau peut contenir jusqu'à 1 000 (1k), 3 000 (3k), 12 000 (12k) ou même plus de filaments individuels.

Différences dans les propriétés mécaniques

Du point de vue de l'efficacité du renforcement :

Fibres de carbone hachées
(1) La longueur limitée des fibres nécessite des transferts de charge fréquents par les interfaces
(2) Amélioration significative de la résistance, mais bien inférieure à celle des systèmes d'armature continue
(3) Plus adapté à l'« amélioration des performances » qu'au « support structural »

Des fibres de carbone continues
(1) Fibres continues avec des trajets de contrainte ininterrompus
(2) Exploite pleinement les propriétés élevées de résistance et de module des fibres de carbone
(3) Performances en traction, flexion et fatigue nettement supérieures par rapport aux fibres de carbone courtes
La fibre de carbone continue convient aux « structures portantes », tandis que la fibre de carbone courte agit davantage comme un « renfort de performance ».

Variation anisotrope : Contrôlable contre équilibrée

Composites de fibres de carbone courtes
(1) Distribution aléatoire des fibres
(2) Propriétés isotropes relativement équilibrées
(3) Plus adapté aux environnements de contraintes complexes ou de chargement multidirectionnel

Composites en fibre de carbone continue
(1) Présente une anisotropie prononcée
(2) Performances exceptionnelles dans la direction de conception, relativement plus faibles dans les directions non sollicitées
(3) Nécessite un « renfort directionnel » par la conception de l'empilement
C'est également une raison clé de l'utilisation répandue des fibres de carbone courtes dans les pièces moulées par injection.

Différences de méthodes de mise en œuvre : compromis entre efficacité et performance

Fibres de carbone hachées
(1) Adapté au moulage par injection, à l'extrusion, au moulage par compression et à d'autres procédés
(2) Haute efficacité de mise en forme, idéal pour la production de masse
(3) Compatible facilement avec les systèmes de résines thermoplastiques

Des fibres de carbone continues
(1) Utilisé principalement dans les procédés de stratification, d'enroulement, de pultrusion, de moulage par transfert de résine (RTM) et de préimprégnation
(2) Fabrication complexe nécessitant des équipements avancés et une maîtrise poussée du processus
(3) Mieux adapté aux composants structurels haute performance et sur mesure
Si vous privilégiez la capacité de production et le contrôle des coûts, les fibres coupées offrent des avantages plus importants.
Si vous recherchez la performance ultime, les fibres continues sont pratiquement le seul choix possible.

Comparaison des scénarios d'application typiques

Applications courantes des fibres de carbone coupées
Renforcement des plastiques techniques (PA, PP, PEEK, etc.)
Composants fonctionnels automobiles, boîtiers électroniques
Améliorations légères pour composants structurels industriels
Revêtements/encres conducteurs
Armature du béton et autres domaines

Applications typiques des fibres de carbone continues
Composants Structurels Aérospatiaux
Longerons principaux des pales d'éoliennes
Équipements sportifs haut de gamme
Composants industriels haute performance porteurs