LES FIBRES DE CARBONE


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Elles sont fabriquées à partir de polyacrylonitrile P.A.N. (appelé précurseur) . Une première étape consiste à oxyder des fibres de PAN à l'air vers 200 ou 300°C pendant 1 à 2 heures. La deuxième étape est la carbonisation , obtenue en chauffant le produit précédent  entre 700 et 1500°C pendant 2 à 10 minutes sous atmosphère de diazote ; cette étape comme son nom l'indique conduit à éliminer la plupart des atomes autres que ceux de carbone (H et N : voir ci-dessous). On obtient une fibre contenant environ 90% de carbone, 8% d'azote, 1% d'oxygène et 1% d'hydrogène, qui a une résistance élevée mais une faible élasticité et qu'on peut utiliser après traitement de surface.




On peut aussi après la carbonisation, procéder à la graphitisation en chauffant la fibre précédente entre 2000 et 3000°C pendant une minute. On obtient un produit à 99% de carbone possédant la structure en feuillets du graphite (voir ci-dessous), une élasticité élevée mais une moindre résistance ; elle nécessite un traitement de surface (en principe une oxydation électrolytique de surface) qui augmentera son adhérence sur une matrice en polymère .

Les diamètres des fibres de carbone se situent entre 5 et 8 µm.

Les avantages des fibres de carbone sont :
- Faible densité.
- Grande souplesse.
- Un faible coefficient de dilatation thermique
- Une très bonne tenue à la compression (en comparaison de la fibre de verre ou du kevlar).
- Une très bonne tenue à haute température (2000°C) en atmosphère non oxydante.
- Une excellente rigidité (surtout les fibres graphitisées).
- Bonnes conductions électrique et thermique (Elles peuvent encore être augmentées par métallisation (dépôt de nickel ou de cuivre) des fibres).
- Complète inertie aux agents chimiques non oxydants.
Quelques inconvénients :
- Sensibilité au choc mécanique et à l'abrasion.
- Leur raideur rend difficile le bobinage des filaments.

Les fibres de carbone peuvent être utilisées seules ou sous forme de matériaux composites (on appelle matériaux composites des matériaux composés d'un renfort, fibres résistantes noyées dans une matrice moins résistante mécaniquement :résines thermoplastiques ou thermodurcissables (polyesters, polyuréthanes, silicones) ou alliages d'aluminium ou de titane, ou encore de nature minérale : graphite carbure de silicium) ; dans le composite fibre de carbone-carbone, la fibre de carbone constitue le renfort, la matrice étant le graphite.

Les utilisations soit directement sous forme de fibres soit sous forme de matériau composite fibre de carbone-carbone sont nombreuses : raquettes de tennis, cannes à pêche, bâtons de ski, clubs de golf, vélos, pales d'éoliennes, renforcement du béton, pièces d'avions (freins, empennages, volets), pièces de voitures (freins de voitures de formule 1) ; on l'utilise en chirurgie (prothèse de hanche par exemple)....



Remarque :Bien que la plupart des fibres de carbone soient obtenues à partir de P.A.N., il existe d'autres précurseurs : la rayonne, le brai (les fibres obtenues sont de bas de gamme) et plus récemment des lignines.