Tradition contre innovation : comment les tissus multiaxiaux en fibre de carbone révolutionnent-ils les conceptions structurelles ?

Les tissus multiaxiaux en fibre de carbone sont largement utilisés dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la production d'énergie éolienne, la fabrication automobile, le transport ferroviaire, les articles de sport, le renforcement des bâtiments et les équipements médicaux en raison de leur légèreté, de leur grande résistance et de leurs excellentes propriétés mécaniques multidirectionnelles, principalement destinés à la fabrication de composants structurels légers et hautes performances afin d'améliorer la durabilité et l'efficacité du produits , et par ailleurs, avec le développement technologique et l'augmentation des besoins environnementaux, son application domaine d'utilisation s'étend encore.

Notion de base du tissu multiaxial

le multiaxe en fibre de carbone fait référence à une structure dans laquelle les fibres de carbone sont disposées en couches selon plusieurs directions ou axes dans un matériau composite. Cette structure permet d'obtenir une résistance et une rigidité dans plusieurs directions, améliorant ainsi les performances globales du matériau composite.

les tissus multiaxes en fibre de carbone sont des tissus fabriqués à partir de filaments de fibre de carbone tricotés longitudinalement par des fils de polyester selon des angles multidirectionnels de 0°/+45°/-45°/90°.

0/90°	±45°

Le tissu multiaxe en fibre de carbone adopte une structure multicouche à fibres orientées selon différents angles (0°, ±45°, 90°, etc.) et assure un positionnement précis grâce à la technologie de tricotage chaîne. Chaque couche de fibres est disposée à un angle spécifique, formant une structure biomimétique similaire à un squelette biologique. Cette conception unique permet au matériau de conserver une grande résistance dans différentes directions de contrainte, corrigeant ainsi les défauts des tissus unidirectionnels traditionnels qui présentent une anisotropie marquée.

Tissu tissé VS. Tissu multiaxe

【PLAIN】

(1) Stabilité excessive : En raison de la courte distance entre les points d'entrecroisement, les tissus en toile présentent un haut degré de stabilité, ce qui les rend inadaptés à une utilisation en superposition sur des profils complexes, car ils sont moins souples que certains autres tissus.

(2) Concentration de contraintes : En raison du plissement excessif (l'angle formé par les fibres lors du tissage) dans le stratifié, le fort plissement crée une concentration de contraintes qui peut affaiblir la pièce avec le temps.

【TWILL】

（1）Équilibre entre flexibilité et stabilité : Les tissus sergés ne sont pas aussi stables que les tissus en toile, bien qu'ils offrent une bonne flexibilité et puissent épouser des contours complexes.

（2）Différence de résistance : Les tissus sergés sont moins résistants que les tissus en toile, ce qui peut limiter leur utilisation dans certaines applications nécessitant une grande résistance à la traction.

multi-axial Tissus

Contrairement aux tissus traditionnels:

(1)Multi-directeur résistance et rigidité: Il s'agit d'une amélioration significative pour les tissus plats, qui ne conviennent pas aux stratifications de contours complexes en raison d'une stabilité excessive.

（2）Réduction de la courbure des fibres : Le tricotage à mailles par chaînette augmente considérablement la résistance au cisaillement interlaminaire, la tolérance aux dommages, la ténacité au choc et les propriétés de compression après impact des composites, ce qui est plus favorable à la résistance des fibres.

Domaines d'application des tissus multiaxiaux

【Aérospatiale ：T le F22 et le « amincissement » du Boeing 787

Dans les ailes d'avion, les cadres structurels et autres composants, les matériaux doivent être à la fois légers et posséder des propriétés mécaniques multidirectionnelles afin de résister aux charges aérodynamiques et aux contraintes multidimensionnelles. Les tissus multiaxiaux en fibres de carbone, grâce à une conception rationnelle de la disposition des fibres, permettent d'obtenir une structure de composant plus stable, avec une résistance et une rigidité accrues.

Dans la coque du fuselage du Boeing 787, les pales de soufflante, etc., le tissu multiaxial en fibre de carbone réduit considérablement le poids et améliore la résistance. Contrairement aux matériaux traditionnels en fibre de carbone, il peut efficacement supporter des contraintes dans plusieurs directions, ce qui évite facilement les fissures par fatigue et améliore la durabilité.

【Transport ferroviaire : véhicules de métro en fibre de carbone de nouvelle génération CETROVO de CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co.】

Corps plus léger, fonctionnement plus économe en énergie. Le poids du corps du véhicule de métro en fibre de carbone est réduit de 25 %, le châssis de bogie (multiaxe en fibre de carbone) de 50 %, le poids total du véhicule d'environ 11 %, la consommation d'énergie en exploitation de 7 %. Chaque train permet ainsi de réduire les émissions de dioxyde de carbone d'environ 130 tonnes par an, ce qui équivaut à la reforestation de 101 acres.

Coûts d'exploitation et de maintenance réduits sur tout le cycle de vie. Grâce aux matériaux légers en fibre de carbone et à l'application de nouvelles technologies, l'usure des roues et des rails du train de métro en fibre de carbone est nettement réduite, diminuant considérablement les besoins de maintenance du véhicule et de la voie. Les coûts de maintenance sur l'ensemble du cycle de vie sont ainsi réduits de 22 %.

【Industrie militaire : L'arme secrète du chasseur américain F22-Raptor】

Le chasseur américain F-22 « Raptor », grâce à l'utilisation de divers matériaux composites renforcés de fibres de carbone, notamment des matériaux composites en tricotage circulaire multiaxial de fibres de carbone, atteint un taux d'utilisation de 35 % sur des composants tels que l'aile principale, la queue portante, l'empennage plan et le revêtement du fuselage, réduisant ainsi considérablement le poids du fuselage et améliorant la maniabilité, la résistance à la fatigue et à la corrosion. Le poids du fuselage a été nettement réduit, tandis que la manœuvrabilité ainsi que la résistance à la fatigue et à la corrosion ont été améliorées.

【Secteur civil : Révolution des matériaux de nouvelle génération】

Dans le domaine civil, les tissus multiaxiaux en fibres de carbone sont largement utilisés dans de nombreux secteurs tels que la construction, le médical, les transports et l'équipement sportif, et leurs produits sont profondément intégrés à la vie quotidienne. Dans le domaine de la construction, ce matériau est largement adopté pour la réparation et le renforcement des structures existantes en raison de ses avantages tels qu'une mise en œuvre pratique et un effet fiable, ce qui a considérablement stimulé l'expansion de son utilisation dans le secteur du bâtiment. Dans le domaine médical, avec les progrès de la technologie médicale et l'amélioration de la sensibilisation à la santé, la demande du marché pour des équipements médicaux hautes performances continue de croître, et le fonctionnement sous charge élevée des appareils impose des exigences strictes quant à leur durabilité. Les matériaux en fibres de carbone se sont révélés présenter une excellente inertie chimique (résistance à la corrosion, aux acides et aux alcalis) ainsi qu'une stabilité dimensionnelle, ce qui en fait un choix idéal pour la fabrication d'instruments médicaux. Les moyens de transport bénéficient des caractéristiques de légèreté et de haute résistance des tissus multi-axiaux (excellente résistance à la traction et au cisaillement), ce qui réduit significativement le poids mort de la carrosserie et diminue la consommation d'énergie, tandis que leurs excellentes propriétés mécaniques améliorent efficacement la sécurité passive du véhicule. Dans l'industrie des articles de sport, les composites en fibres de carbone répondent à la demande des consommateurs pour des équipements hautes performances et garantissent la qualité et la durabilité des produits grâce à leur légèreté, leur forte amortissement, leur excellente résistance à la fatigue et leurs faibles taux de déformation.

Perspectives d'avenir

Avec l'amélioration continue de la demande d'applications en matériaux composites, le tissu multiaxial en fibre de carbone connaîtra un espace de développement plus vaste dans de nombreux domaines grâce à son angle d'empilement personnalisable, sa grande liberté de conception et ses excellentes propriétés mécaniques. À l'avenir, avec les progrès des technologies de fabrication automatisée et des nouveaux systèmes de résine, l'efficacité de production du tissu multiaxial s'améliorera davantage, le coût continuera d'être optimisé, ce qui favorisera son application à grande échelle dans des domaines haut de gamme tels que les pales d'éoliennes, les véhicules électriques, l'aérospatiale, etc. Parallèlement, les excellentes propriétés de résistance aux chocs et à la fatigue du tissu multiaxial prendront également une valeur accrue dans le domaine civil, notamment pour le renforcement des bâtiments, les équipements sportifs et le matériel médical, contribuant ainsi à la diffusion de produits légers et à hautes performances.