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Composites à base de résine thermoplastique haute performance renforcés de fibres continues

Les composites thermoplastiques haute performance renforcés de fibres continues ont progressivement attiré l'attention de l'industrie des composites en raison de leurs avantages uniques tels que la légèreté, la haute résistance, la bonne résistance aux chocs, le cycle de moulage court, le moulage secondaire et les déchets recyclables.

Le 20 juin 2019, Teijin Limited a annoncé que l'avion de ligne intermédiaire ultra-large de nouvelle génération A350 XWB d'Airbus utilisant le stratifié thermoplastique renforcé de fibre de carbone Teijin Tenax TPCL avait été livré à Japan Airlines le 11 juin et était arrivé à l'aéroport de Tokyo Haneda en juin. 14.

Il s’agit d’une autre application des composites à matrice de résine thermoplastique haute performance renforcées de fibres continues. En raison des défauts des composites thermodurcissables dans l'aérospatiale et dans d'autres domaines de fabrication de haute technologie, tels qu'une mauvaise résistance à la chaleur, une mauvaise résistance à l'environnement, une faible résistance aux chocs et aux dommages et des coûts de fabrication élevés, leur champ d'application est limité dans une certaine mesure.

Par conséquent, l'amélioration des propriétés globales (ténacité, fonctionnalité, etc.) des matériaux composites et la réduction des coûts de fabrication sont devenues les principaux objectifs de recherche des composites à matrice de résine, et les composites thermoplastiques renforcés de fibres sont devenus le centre de recherche des scientifiques des matériaux, et leur croissance Le taux a progressivement rattrapé celui des composites thermodurcissables renforcés de fibres.

Au cours du dernier demi-siècle, les matériaux structurels avancés utilisés dans l'aérospatiale et dans d'autres applications manufacturières de haute technologie ont été dominés par les composites thermodurcissables renforcés de fibres continues.

Également en tant que matériau structurel avancé, l'émergence de composites thermoplastiques renforcés de fibres continues est un résultat inévitable du développement des matériaux et des progrès du processus de moulage.

En tant que pièce structurelle porteuse primaire ou secondaire, les composites thermoplastiques renforcés de fibres continues présentent les caractéristiques de légèreté, de haute résistance, de conception, de résistance à la fatigue et d'intégration de la structure et de la fonction, et ont également commencé à être explorés pour des applications dans l'aérospatiale et la marine. des champs.

Avec l'augmentation de la longueur des fibres, les composites thermoplastiques renforcés par des fibres peuvent généralement être divisés en composites thermoplastiques renforcés par des fibres courtes, en composites thermoplastiques renforcés par des fibres longues et en composites thermoplastiques renforcés par des fibres continues.

Composites à base de résine thermoplastique haute performance renforcés de fibres continues 1

Les principaux avantages en termes de performances des composites thermoplastiques renforcés de fibres continues dépendent non seulement du renfort en fibres continues, mais également de la matrice de résine thermoplastique. La matrice de résine thermoplastique haute performance présente des caractéristiques complètes bien supérieures à la matrice de résine thermoplastique générale traditionnelle.

Résine thermoplastique universelle
Polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polystyrène (PS), chlorure de polyvinyle (PVC), plastique phénolique (PF), plastique aminé (AP), polyamide (PA), polyformaldéhyde (POM), polycarbonate (PC), éther polyphénylique (PPO), polyester saturé (PET/PBT), plastique acrylique (PMMA), etc.
Résine thermoplastique haute performance
Fluoroplastiques, polysulfone (PSF), polyétherimide (PEI), sulfure de polybenzène (PPS), polyéther éther cétone (PEEK), polyimide (PI), plastique à cristaux liquides (LCP), etc.

Les composites thermoplastiques haute performance conservent souvent d'excellentes caractéristiques techniques et ont de meilleures caractéristiques fonctionnelles telles que la résistance à la fatigue, la résistance à la corrosion, l'autolubrification, etc., ils sont donc favorisés par le domaine de la fabrication haut de gamme.

Dans les structures primaires ou secondaires des domaines aérospatial et maritime, les quatre matrices de résine thermoplastique haute performance les plus couramment utilisées pour les matériaux composites thermoplastiques haute performance renforcés de fibres continues sont le polyéther éther cétone (PEEK), le polysulfure de benzène (PPS), le polyéther imide ( PEI) et la polyéther cétone (PEKK).

Composites à base de résine thermoplastique haute performance renforcés de fibres continues 2

Parmi eux, la performance globale la plus excellente est la résine PEEK, qui est un polymère cristallin, qui présente une excellente résistance aux chocs, une résistance aux dommages (la plus élevée en résine thermoplastique), une excellente résistance à la fatigue et au fluage (la plus élevée en résine thermoplastique), une chaleur élevée. résistance (température de déflexion thermique jusqu'à 300 °C après renforcement des fibres), résistance environnementale (peut être utilisé dans de la vapeur à 200 ~ 260 °C), résistance à la corrosion (aucun solvant ne peut le corroder à l'exception de l'acide nitrique concentré et de l'acide sulfurique concentré), résistance aux radiations , ignifuge, bonne isolation électrique et autres caractéristiques.

De plus, en concevant la structure moléculaire, les matériaux polyaryl éther cétone peuvent avoir différentes propriétés, telles que l'hétéraphtalène biphényle poly aryl éther cétone en tant que polymère amorphe, avec une résistance à haute température et des caractéristiques solubles.

Les composites thermoplastiques haute performance offrent également de grands avantages par rapport aux composites époxy primaires ou secondaires ou aux composites thermodurcis à double cheval. Les composites thermoplastiques PEEK (CF/PEEK) renforcés de fibres de carbone continues ont une excellente résistance aux chocs et aux dommages.

Par conséquent, les composites thermoplastiques CF/PEEK deviennent le joyau des composites thermoplastiques haute performance renforcés de fibres continues. Bien sûr, étant donné que la résine PEEK a une température de moulage extrêmement élevée (380 ~ 400 ℃), une viscosité à l'état fondu élevée (η > 300 Pa.s) et un petit diamètre de monofilaments en fibre de carbone, il s'agira d'un test complet pour la conception des équipements et la technologie de préparation. obtenir une bonne imprégnation.

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