Quelle est la méthode appropriée pour stocker à long terme les matériaux en fibre de carbone ?

La température et l'hygrométrie relative doivent rester constantes (20–25 °C, 30–50 % HR)

Pour garantir que les matériaux en fibre de carbone ne subissent pas de dégradation moléculaire, il est essentiel de maintenir les facteurs environnementaux constants dans les limites spécifiées. Ces facteurs doivent contribuer à préserver la structure chimique de la résine tout en contrôlant l’absorption de celle-ci au sein des fibres de carbone. La température doit rester comprise entre 20 et 25 degrés Celsius (68 à 77 degrés Fahrenheit) et l’humidité relative entre 30 et 50 %. Lorsque des variations de température importantes et fréquentes dépassent 2 degrés Celsius, les fibres et la résine subissent une expansion et une contraction chimiorhéologiques, ce qui accroît la formation de microfissures. Les niveaux d’humidité déterminent également la composition chimique des matériaux. Les chambres environnementales Canadian Springs constituent un exemple de dispositif dans lequel l’humidité relative est cyclée dans une plage de fonctionnement de 40 à 70 % HR, où l’on a observé une diminution de près de 18 % de la résistance à la traction des matériaux. À l’extrémité opposée de la gamme d’humidité, les matériaux exposés à une humidité relative < 30 % ont tendance à se dessécher chimiquement et à devenir cassants. De nombreux agents de mise en forme présents dans les systèmes de résine sont des polymères thermodurcissables, qui peuvent également être épuisés chimiquement lorsqu’ils sont soumis à un environnement chaud et sec.

Pour maintenir des conditions de stockage optimales toute l’année, un système bien conçu de régulation du climat de stockage, comprenant un système intégré complet de chauffage, de ventilation et de climatisation, des enregistreurs de données entièrement calibrés et entièrement automatisés, ainsi que des vérifications régulières du système de régulation du climat, est requis.

Pourquoi la congélation ou la réfrigération endommagent les systèmes de résine et compromettent la durée de conservation

Il existe une idée reçue selon laquelle le stockage des matériaux en fibre de carbone dans un congélateur ou un réfrigérateur permet de préserver leur qualité. Dans la plupart des cas, un matériau en fibre de carbone stocké dans un congélateur ou un réfrigérateur est endommagé, y compris ses composants chimiques. Lorsque des matériaux sont stockés dans un congélateur ou un réfrigérateur, trois problèmes principaux peuvent survenir. Le premier est le choc thermique lors de la sortie du matériau du congélateur ou du réfrigérateur. Le second est la condensation d’humidité lorsque le matériau est retiré du froid. Enfin, lorsque la température des matériaux descend en dessous de 10 °C, les systèmes époxy durcis commencent à se séparer en phases. Lorsque les résines gèlent dans un congélateur réglé à –18 °C, elles cristallisent, ce qui réduit, selon les essais en laboratoire, leur résistance aux chocs de 40 à 60 %. Le stockage au réfrigérateur à environ 4 °C n’est guère meilleur, car il accélère un phénomène appelé « blush amine ». Dans ce processus, les agents de durcissement migrent vers la surface et créent des zones faibles dans les matériaux composites. Au total, les matériaux stockés dans un congélateur ou un réfrigérateur perdent environ 50 % à 75 % de leur durée de conservation par rapport à ceux stockés à température ambiante.

La meilleure façon de conserver l’intégrité des matériaux en fibre de carbone consiste à les stocker à température ambiante, plutôt que d’essayer de lutter contre la nature en utilisant des méthodes de stockage à froid.

Méthodes d’emballage appropriées pour préserver l’intégrité des matériaux en fibre de carbone

Emballage avec barrières sous vide et agents desséchants pour les tissus non durcis et les préimprégnés

La plupart des fabricants utilisent une combinaison d’emballage sous vide et d’un agent dessiccant afin de conserver au mieux les tissus secs et les préimprégnés. Il est essentiel de maintenir l’humidité interne de l’emballage en dessous de 30 à 50 % d’humidité relative. L’humidité constitue un facteur dévastateur pour les résines et entraîne une perte de la résistance potentielle du produit final. Entre l’humidité et l’oxydation, les systèmes de résine peuvent se dégrader avant utilisation. Les films triples couches en aluminium offrent une bonne barrière contre l’humidité et favorisent des scellages étanches contre celle-ci. Les films en aluminium constituent une bonne barrière contre l’humidité. Il est courant que les fabricants de préimprégnés ajoutent des agents absorbants d’oxygène afin de ralentir le vieillissement des systèmes de résine dû à l’oxydation. Les entreprises qui réduisent les coûts liés à l’emballage se retrouvent avec des préimprégnés mal conservés en raison de l’humidité provenant de l’atmosphère. La durée de vie des préimprégnés peut être réduite de jusqu’à 70 % en raison d’un emballage inadéquat en moins de 30 jours. Le contrôle qualité est un facteur important pour garantir la conformité de cette démarche.

Protection contre les UV avec propriétés dissipatives d’électricité statique et barrières secondaires intégrées

Les résines époxy subissent un processus de dégradation appelé photodégradation lorsqu'elles sont exposées aux rayonnements UV. Cette dégradation se manifeste par une rupture des chaînes moléculaires, un jaunissement, des fissures et un décollement des couches. Des essais fondés sur la méthode ASTM D4329 pour le vieillissement accéléré montrent que la photodégradation peut entraîner une perte supérieure à 40 % de la résistance du matériau après 500 heures d'exposition à des lampes UV. La résistance du matériau se traduit directement par le nombre de mois d'exposition devant une fenêtre ou par la présence d'une source d'intensité UV dans un environnement de bureau ordinaire. Il s'agit bien entendu d'un problème sérieux que les fabricants s'efforcent de résoudre en intégrant des éléments bloquant les UV dans les couches superficielles du matériau extérieur. Ils créent également un revêtement permettant de contrôler la surface dissipative électrostatique. Pour protéger le produit contre l'exposition à la lumière, les fabricants peuvent également le placer dans un récipient secondaire occultant, tel qu'un bac en polymère plastique rigide. Ces récipients secondaires étanches filtrent également la poussière et favorisent une réticulation stable du réseau époxy en limitant la quantité d'oxygène disponible. Cela prolonge la durée de vie du produit avant que la dégradation ne commence.

Stockage des fibres de carbone et risques environnementaux qui en découlent

Impact du vieillissement atmosphérique et des rayonnements UV sur la résine et norme ASTM D4329

Pour les fabricants de fibres de carbone, les rayonnements UV constituent l’un des risques les plus importants. Nos essais d’emballage selon la norme ASTM D4329 ont montré que les dommages causés par les UV s’accumulent de façon irréversible. En seulement quelques mois, nous avons observé des dégradations dues aux UV, telles que le jaunissement, des fissures en surface et un délaminage. Comme il est impossible d’inverser les dommages causés par les UV, leurs conséquences sont totales et définitives. C’est l’une des raisons pour lesquelles les fabricants déploient des efforts considérables afin de garantir l’utilisation d’emballages bloquant efficacement les UV et de récipients étanches à la lumière pour tous leurs produits en fibre de carbone.

Réduction des contraintes mécaniques : l’objectif est d’éviter la compression, la flexion et l’exposition aux vibrations

Les matériaux en fibre de carbone font face à des risques sérieux lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques. De petites fissures peuvent commencer à se former dans les couches de préimprégné lorsque les charges statiques dépassent environ 10 psi. En outre, pendant la phase de vibration, la résine et les fibres peuvent se désolidariser lorsqu'elles sont mises en mouvement. Pour le stockage, il est recommandé de conserver les rouleaux verticalement sur un support souple et non abrasif. Les stratifiés durcis doivent être stockés à plat, avec les entretoises spéciales mentionnées ci-dessus placées entre eux. Il est strictement interdit d’empiler des composants quelconques. Une déformation d’un composant peut accroître le risque de fissuration des structures résineuses, qui deviennent alors résistantes à la fatigue en seulement deux tiers du temps habituel. Des protège-bords positionnés correctement et un positionnement vertical contribuent à réduire l’exposition et les contraintes exercées sur les surfaces des pièces lors de leur manipulation courante, ce qui constitue un facteur majeur de dommages pendant la manutention.

Instructions de stockage selon le type de matériau en fibre de carbone : tissu, préimprégné et stratifiés durcis

Avant de confondre les fonctions de stockage, il est essentiel de comprendre qu’elles diffèrent sur une base fondamentale.

Afin d’éviter toute dégradation de la qualité de l’imprégnation résine et du stratifié sur tissu en fibre de carbone sèche, ce dernier doit être stocké dans un emballage étanche à l’humidité et sous vide, avec des agents dessiccants. Cette précaution est nécessaire pour empêcher le tissu de devenir hygroscopique.

Les préimprégnés doivent être stockés à basse température [températures de congélation (-18 °C à -23 °C)] afin d’empêcher une polymérisation prématurée de la résine. Cela peut sembler inhabituel, puisque nous avons précédemment indiqué que le stockage à froid n’était pas requis ; toutefois, il s’agit ici d’une exception. Cette exigence tient à leur composition chimique : le tissu lui-même n’a pas subi de réaction, tandis que la résine du préimprégné a déjà partiellement réagi. Autrement dit, la durée de conservation de la résine du préimprégné dépend directement des températures basses. Cette affirmation est confirmée par les données techniques fournies par les fabricants d’origine (OEM) ainsi que par les études de stabilité conformes à la norme ISO 10993.

Les stratifiés cuits n'ont pas besoin d'être stockés au froid pour assurer leur stabilité chimique. Toutefois, ils doivent être protégés physiquement pendant le stockage. Cela signifie qu'ils doivent être entreposés verticalement sur des racks rembourrés équipés de protections latérales, sans être empilés, et avec des intercalaires afin d'éviter tout dommage aux surfaces.

Les protocoles fournis traitent de la forme principale de dégradation propre à chaque matériau : les préimprégnés secs subissent une dégradation chimique, les tissus secs absorbent l'humidité, et les stratifiés finis se dégradent mécaniquement.

FAQ

Quelles sont les températures et les hygrométries optimales pour le stockage des matériaux en fibre de carbone ?

Les conditions optimales de stockage sont comprises entre 20 et 25 °C, avec une humidité relative de 30 à 50 %. Ces conditions permettent au mieux de prévenir la dégradation de la structure du matériau.

Pourquoi les matériaux en fibre de carbone ne doivent-ils pas être stockés dans un congélateur ?

Des chocs thermiques, une condensation d'humidité et une séparation de phases se produiront dans les systèmes époxy renforcés. Ces phénomènes présentent un risque pour la résistance aux chocs et rendent les réparations structurelles plus complexes. Quelle est la meilleure méthode d’emballage des matériaux en fibre de carbone afin d’en garantir l’intégrité ?

Pour garantir l’intégrité, l’emballage sous vide avec barrière renforcée par dessiccant constitue la solution optimale pour les tissus secs et les préimprégnés, car il permet de maintenir des niveaux d’humidité faibles, évitant ainsi la dégradation des résines.

Quel est l’effet des rayonnements UV sur les matériaux en fibre de carbone ?

Les rayonnements UV provoquent la dégradation thermique des résines époxy, entraînant une rupture des chaînes moléculaires, une décoloration et un affaiblissement de la structure.

Quelles sont les instructions de stockage applicables aux différents types de matériaux en fibre de carbone ?

Les tissus secs doivent être stockés dans un emballage sous vide à barrière contre l'humidité. Les préimprégnés doivent être stockés au réfrigérateur ou au congélateur afin de garantir que la résine reste dans un état prétraité et fluide. Les stratifiés durcis doivent être conservés dans un contenant offrant une protection physique et ne nécessitent pas d'être maintenus dans un climat contrôlé.