Les wishbones AL360 carbone sont essentiellement produits à partir de 3 matériaux:
- de la fibre de carbone en UD (fibres toures dans la même direction) ou tissé
- de la résine Epoxy
LE PREPREG
Comme pour toutes les productions haut de gamme du marché, les techniques d’enroulement ont disparues au profit de l’utilisation de nappes dites ‘prepreg’.
Cette apellation un peu barbare est une abréviation de ‘Pré-Imprégné’. Elle signifie que l’industriel achète désormais des nappes de matériaux composites comportant à la fois la fibre et la résine dans des proportions bien précises. Dans le passé (ou dans les technologies moins avancées), l’imprégnation du tissus avec la résine se fait dans le moule de réalisation ou lors de l’enroulement des fibres autour du wishbone.
Ceci permet de maîtriser parfaitement le ratio Quantité de résine / Quantité de fibre afin que l’on soit dans la zone optimale garantissant le meilleur ratio Solidité / Poids possible. Cette technologie, développée au départ pour l’industrie aéronautique, garantie en outre une imprégnation parfaite des fibres (des défaut d’imprégnation étant des sources de faiblesse évidente dans la structure des mats). Les 2 principales contraintes de cette technologies sont
- la nécessité de conserver les nappes prepreg au froid (-18°) pour bloquer la catalyse de la résine. Le respect de cette chaine du froid est un élément important pour garantir des performances optimales de produit fini. Une nappe prepreg ne eut pas rester plus de 12h à température ambiante sans se détériorer.
Congélateur de stockage
Stockage à -18°
- le nécessité de procéder à une ‘cuisson’ du produit fini pour accélérer et finaliser la polymérisation de la résine. Compte tenu de la taille des éléments, ceci nécessite évidemment des fours de grande taille capable d’assurer une température homogène dans tout le matériau.
Les technologies de fabrication de wishbone par enroulement sont à ce jour principalement destinées aux produits entrée de gamme. Il en résulte en général un poids plus important du produit fini. C’est la technologie la plus répandue dans les mats premier prix provenant des pays de l’Est.
LES FIBRES DE CARBONE
Production
La production de fibre de carbone utilise un procédé issu de la pétro-chimie. A ce jour, les fibres de carbone utilisées dans l’industrie proviennent principalement de Taiwan, du Japon, des Etats unis, d’Europe et de Chine. Le Japon est à la pointe de la technologie de production des fibres de carbone mais sa production est en très grande partie absorbée par la demande américaine. La production Chinoise est celle qui connaît la croissance la plus forte, dopée par une demande gigantesque. Classification des fibres Pour faire simple, on peut classer les fibre de carbone en 2 grand types en fonction de leur caractéristiques mécaniques
- La fibre de carbone HR est la fibre la plus courante donc la moins chère, et sa résistance à la traction se situe entre 200 et 250 GPa (1 GPa = 1 000 000 g/m2)
- La fibre de carbone HM a une résistance à la traction de plus de 350 GPa. Pour situer les choses, un acier de très bonne qualité est à 220 GPa
Classification des tissus
Il y a principalement deux type de tissus de carbone qui sont utilisés pour la fabrication des mats :
- La fibre unidirectionnelle (UD) est donc tissée dans un seul sens, c’est elle en générale qui constitue les couche principales de la structure du mat et qui apporte une rigidité maximale par rapport à une direction précise.
Rouleau de prepreg carbone 100 UD HM
- La fibre bidirectionnelle est quand a elle tissée dans 2 directions avec des angles de croisement entre 10 et 70 degrés. Les tissus bidirectionnels apportent une meilleure résistance à l’écrasement et sont utilisés principalement en renfort dans toutes les zones fortement sollicitées (base, wishbone, jonction, top)
nappe prepreg bidirectionnel 3k
Pour obtenir un tissus de carbone bidirectionnel, les fibres de carbone sont tissées après les avoir regroupé par mèches. Chaque mèche comporte un nombre important de fibres. On parle alors de 1K, 1×1000 étant le nombre de fibre utilisées pour réaliser une mèche avant tissage. Ainsi, un tissus 12K (pour 12000 fibres par mèches) aura un quadrillage assez grossier alors qu’un tissus 1K aura un maillage beaucoup plus serré. On trouve sur le marché
- Fil 1k : ( fil très fin, tissus très onéreux ).
- Fil 3k : ( fil standard, tissus type léger ).
- Fil 12k : ( fil standard, tissus de type plus lourd )
- Fil 24k : ( fil grossier, lourd, bon marché ).
A noter que la résistance d’un fil 1k est pratiquement identique à celle d’un 24K. On gagne ainsi énormément en rapport solidité / poids en utilisant du 1k. Le seul inconvénient est son tarif exorbitant (plus de 70eur / m2 sans la résine, contre moins de 20eur pour du 12k).
LA RESINE EPOXY
Un matériau composite est composé de fibres et de résine. Dans la résistance finale de l’ensemble, chaque élémént constitutif a une influence, ainsi que l’interface entre les 2 éléments.
On a longtemps cru que l’essentiel des caractéristiques mécaniques du composite venait des fibres utilisées. C’était vrai tant que toutes les résines utilisées avaient des performances équivalentes.
Depuis que la Chine est devenue l’un des premiers producteurs mondial de prepreg, nous avons constaté que la course au meilleur prix avait conduit à développer des résines ultra faciles à mettre en oeuvre mais dont les caractéristiques mécaniques sont déplorables. L’utilisation de ces résines permettent de diminuer drastiquement les coût de fabrication grâce à
- un coût d’achat très bas
- une température de mise en oeuvre basse (cuisson à 60° contre 150° pour des résines très haut de gamme)
- une durée de cuisson faible (10mn contre 45mn pour des résines très haut de gamme), donc des temps de fabrication par mat faible
La conséquence de l’utilisation de ce type de prepreg et de résine est une sophistication importante de l’étape de cuisson. Nous avons ainsi dû développer des moules permettant de monter rapidement la température des wishbones à plus de 150°. Comme les moules de wishbones sont complexes, la principale difficulté est d’obtenir rapidement une cuisson homogène.
Le temps de cycle de fabrication est aussi impacté par un temps de cuisson assez long (plus de 40mn).