Préimprégné renforcé A-13

Préimprégné en fibre de carbone renforcé : une solution pour les matériaux composites à haute ténacité dans des scénarios de charge dynamique

Dans des domaines tels que l'énergie éolienne, les véhicules à énergie nouvelle et les équipements haut de gamme soumis à des charges dynamiques à long terme, la ténacité et la résistance à la fatigue des matériaux déterminent directement la durée de vie des composants. Ce préimprégné en fibre de carbone renforcé utilise une résine spécialement renforcée comme système de liaison principal, couvrant les deux formes principales que sont le préimprégné unidirectionnel en fibre de carbone et le préimprégné en tissu de fibre de carbone. Grâce à une infiltration et une liaison efficaces entre la résine et la fibre, après polymérisation, il présente non seulement d'excellentes propriétés mécaniques, mais aussi une stabilité remarquable en conditions humides et chaudes, et peut fonctionner de manière stable dans des environnements à charge dynamique tels que les vibrations prolongées et les chocs. Il offre ainsi une sélection de matériau équilibrant résistance et ténacité pour les pales d'éoliennes, les composants de châssis automobile et les composants structuraux mécaniques haut de gamme, dépassant les limitations de performance des préimprégnés en fibre de carbone traditionnels, caractérisés par une grande rigidité mais une faible ténacité.

Avantage principal : Garantie multidimensionnelle de rupture en résilience, performance stable et adaptation aux scénarios

1. Renforcé par une résine spécialisée, améliorant significativement la résistance au choc et à la fatigue du matériau

La résine renforcée constitue le point fort technologique clé de ce préimprégné. Contrairement aux résines ordinaires traditionnelles, elle adopte une formule composite « résine époxy + agent durcisseur à structure cœur-enveloppe + modificateur à chaîne souple », et optimise la ténacité de la résine par une conception au niveau moléculaire : l'agent durcisseur à structure cœur-enveloppe peut former de petites particules élastiques après la polymérisation de la résine. Lorsque le matériau subit un impact, ces particules peuvent absorber l'énergie de l'impact et éviter une propagation rapide des fissures ; les modificateurs à chaîne souple peuvent accroître la flexibilité des chaînes moléculaires de la résine et réduire l'accumulation de contraintes dans le matériau sous charges dynamiques prolongées.

Selon des tests d'autorité, l'indice de ténacité de ce préimprégné en fibre de carbone renforcée a connu des percées significatives : le matériau composite fabriqué à partir de préimprégné unidirectionnel en fibre de carbone présente une ténacité au choc augmentée de plus de 60 % par rapport au préimprégné ordinaire en fibre de carbone, et un allongement à la rupture accru de 45 % ; la ténacité en cisaillement du préimprégné en tissu de fibre de carbone a été améliorée de 55 %. Après 1 million de cycles de tests sous charge dynamique, le taux de rétention des performances mécaniques dépasse encore 90 %, bien au-dessus du niveau moyen de 75 % pour les préimprégnés ordinaires. Prenons l'exemple des pales d'éoliennes : après utilisation de ce préimprégné renforcé, la durée de vie en fatigue des pales dans un environnement de vibration due aux vents forts est prolongée à plus de 20 ans, soit 30 % de plus que les matériaux traditionnels, réduisant ainsi significativement les coûts de maintenance des équipements éoliens. Par ailleurs, la densité du produit est strictement contrôlée pour ne pas être inférieure à 5 %, garantissant une distribution uniforme des fibres et de la résine, et évitant ainsi les points faibles en ténacité dus à une densité locale insuffisante.

2. Couverture produit en double forme, adaptée aux exigences de contrainte des différents scénarios de charge dynamique

La famille de produits comprend des préimprégnés en fibre de carbone unidirectionnelle et des tissus en fibre de carbone préimprégnés, qui peuvent être sélectionnés de manière flexible selon les caractéristiques de contrainte et les types de charges dynamiques des différents composants, offrant ainsi l'avantage de performance « d'adaptation à la demande ».

• Préimprégné en fibre de carbone unidirectionnel : Il adopte un agencement unidirectionnel en fibre de carbone à haute rectitude, avec une cohérence de la direction des fibres supérieure à 99,5 %, et offre des performances remarquables dans les scénarios de charge dynamique axiale. Convient pour des composants capables de supporter des vibrations de traction et de flexion prolongées, comme la poutre principale des pales d'éoliennes, les longerons de châssis des véhicules électriques et les arbres de transmission des machines-outils haut de gamme. Sa performance anti-fatigue axiale est excellente et il peut fonctionner en continu pendant 5000 heures sans dégradation significative des performances dans un environnement de vibration haute fréquence à 10 Hz, répondant ainsi aux exigences de stabilité structurelle sous charges dynamiques.
• Tissu en fibre de carbone préimprégné : Basé sur des tissus unis et sergé, il présente d'excellentes propriétés isotropes dans le plan ainsi qu'une résistance accrue aux impacts multidirectionnels et aux vibrations de cisaillement. Convient pour des composants à géométrie complexe soumis à des charges dynamiques non uniformes, comme les longerons de collision pour blocs-batteries des véhicules électriques, les connecteurs d'assemblage pour équipements haut de gamme, ou encore les parties racines des pales d'éoliennes. La structure du tissu améliore la répartition des contraintes dans le préimprégné. En cas d'impact localisé, l'énergie peut être rapidement transmise à toute la surface du tissu, évitant ainsi une rupture localisée et renforçant la résistance à la défaillance du composant.

Deux formes de préimprégné peuvent être utilisées en combinaison ; par exemple, les pales d'éoliennes peuvent adopter une conception du type « préimprégné unidirectionnel (longeron principal, anti-vibration axiale) + préimprégné tissé (racine de pale, anti-impact de cisaillement) », ce qui prend en compte les exigences en matière de charges dynamiques selon les zones et maximise la performance des matériaux

3. Excellente stabilité humide et thermique, adaptée aux environnements de service complexes

Les scénarios de charge dynamique s'accompagnent souvent d'environnements complexes tels que la chaleur humide et les variations de températures élevées et basses. Le préimprégné traditionnel en fibre de carbone est sujet à des défaillances d'interface dues à l'absorption d'eau par la résine, ainsi qu'à la dilatation et contraction thermiques, ce qui affecte à son tour la ténacité et les propriétés mécaniques. Ce préimprégné en fibre de carbone renforcé présente une excellente stabilité en conditions humides et chaudes grâce à l'optimisation de la formulation de la résine et à l'amélioration du procédé d'imprégnation : les composants hydrophobes ajoutés à la résine renforcée permettent de réduire le taux d'absorption d'eau. Après immersion pendant 1000 heures dans un environnement humide et chaud à 85 °C et 85 % d'humidité relative, le taux d'absorption d'eau reste inférieur à 1,5 %, bien en dessous du niveau moyen de l'industrie de 3 % pour les préimprégnés ordinaires ; en même temps, la résistance d'adhérence à l'interface entre la résine et la fibre de carbone augmente de 25 %, ce qui permet de résister efficacement au délaminage d'interface causé par les variations de température.

Dans les applications pratiques, cet avantage de performance est particulièrement crucial : lorsqu'il est utilisé pour des composants de châssis de véhicules à énergie nouvelle, il peut supporter des cycles extrêmes de température allant de -40 ℃ à 120 ℃ et maintenir sa stabilité et sa ténacité même dans des environnements pluvieux, neigeux et humides ; lorsqu'il est utilisé pour des pales d'éoliennes offshore, il peut résister à l'érosion provoquée par des environnements à forte brume saline et à forte humidité, évitant ainsi la diminution de la ténacité des pales due au vieillissement en ambiance chaude et humide. Après tests, la durée de vie en fatigue dynamique du produit dans des environnements chauds et humides est augmentée de 40 % par rapport aux préimprégnés ordinaires, garantissant la fiabilité des performances des composants sur l'ensemble de leur cycle de vie.

4. Adaptabilité mature aux procédés pour répondre aux besoins de production à grande échelle

Malgré ses avantages significatifs en termes de performance, ce préimprégné en fibre de carbone renforcée maintient une excellente compatibilité avec les procédés industriels et est compatible avec les méthodes courantes de fabrication des matériaux composites telles que le moulage par presse chaude, le moulage par compression et le moulage sous sac vide. Il ne nécessite aucune modification supplémentaire d'équipement de la part des entreprises et réduit les obstacles à la production.

• Moulage par presse chaude : Adapté aux composants haut de gamme ayant des exigences extrêmement élevées en précision et en performance (comme les pièces aérospatiales), contrôlé par une pression uniforme (0,8~1,5 MPa) et une température (120~150 °C), la résine renforçante pénètre complètement les fibres, et l'uniformité de la ténacité des composants moulés atteint plus de 98 %, sans différences locales de performance.
• Moulage par compression : adapté aux scénarios de production à grande échelle tels que les véhicules à énergie nouvelle et l'énergie éolienne, avec une haute efficacité de moulage ; le temps de production par lot peut être contrôlé entre 40 et 60 minutes. Le processus de moulage par compression permet un contrôle précis de la taille des composants, réduit les étapes de traitement ultérieures et diminue les coûts de production.
• Moulage sous sac sous vide : Adapté aux composants de grande taille (comme les pales d'éoliennes de plus de 15 mètres), l'écoulement de la résine et l'évacuation des gaz sont assurés par pression négative sous vide, ce qui réduit les coûts de moulage de 35 % par rapport à la technologie du four sous pression chaude, tout en garantissant la performance complète de la résine renforcée.

En outre, le produit présente une excellente stabilité de stockage et peut être conservé plus de 6 mois dans un environnement à basse température de -18 ℃. Après retrait, il peut être directement utilisé en production sans nécessiter un long temps de réchauffage, réduisant ainsi le temps d'attente en production et s'adaptant au rythme de la production industrielle en lots.

5. Conception différenciée, création de barrières concurrentielles sur le marché

D'une part, une innovation différenciée est mise en œuvre dans la formulation de résine, le choix des fibres et le procédé de renforcement – par exemple, l'agent de renforcement à structure cœur-enveloppe développé indépendamment permet d'obtenir un équilibre précis entre ténacité et rigidité, évitant ainsi le point critique du secteur « renforcer implique réduire la rigidité », ce qui permet au produit de maintenir une résistance axiale à la traction supérieure à 1750 MPa tout en améliorant sa ténacité ;

D'autre part, nous proposons des services personnalisés flexibles permettant d'ajuster le niveau de résistance (de « renforcement modéré » à « haut renforcement », personnalisé selon les besoins du client), la densité surfacique de fibres (couverture complète de 100 à 800 g/m²) et la teneur en résine (ajustable entre 35 % et 50 %) afin de répondre aux besoins spécifiques de différents scénarios de charges dynamiques. Par exemple, face à la demande de longerons anti-collision pour véhicules électriques, un préimprégné unidirectionnel en fibre de carbone avec « haute ténacité au choc » peut être personnalisé ; en réponse à la demande de pales d'éoliennes, un préimprégné en tissu de fibre de carbone avec « renfort haute stabilité thermique et hygrométrique » peut être conçu, évitant ainsi les pressions du marché dues à une concurrence homogène.