Carbone forgé, mais pourquoi ?

[Erimus]

En alternative à la technique classique de montage par feuilles des fibres de carbone imprégnées d’époxy, il existe une autre technique par moulage de poudre pré-formée ou de fibres de carbone seules (éventuellement associées à d’autres fibres, verre, kevlar, aramide…) noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable et orientées selon des directions préférentielles pour répondre à des conditions particulières de sur-pression, résistance au frottement, température, etc. En clair, il s’agit de créer sa propre structure interne (par exemple laminage de micro-feuilles). En apparence, ce carbone forgé ressemble à un bloc uniforme et non à un tissage.
Il est utilisé pour faire des pales de drones, des ailerons de missiles, etc. et serait de l’ordre de 20% plus performant que le carbone tissé.
Quelqu’un saurait-il pourquoi ? Et en quoi ce procédé de fabrication apporte réellement une plus-value ? Ou encore, comment font-ils pour orienter les fibres dans le moule ? Et d'une façon générale, comment imaginez-vous ce procédé de fabrication ?
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[invitecaafce96]

Bonjour,
Pourquoi ? Parce qu'il permet de faire autre chose et moins cher .
Mise en forme plus souple et plus rapide , obtention de formes plus complexes avec possibilités de pièces rapportées , noyées , comme les inserts ,
cadence de production plus importante , légèreté , coût plus faible , obtention directes des cotes à tolérances serrées ( H8 , par exemple ) ,
il peut être recyclé ( important pour l'automobile à venir ) , alors que l'autre carbone fini concassé sur les routes ...aspect matière agréable ,
très à la mode pour les boîtiers et autres pièces de montres haut de gamme ...
Peut utiliser les matériaux échelle bas de gamme des PRFC , pas de cohésion entre les fibres , pas de direction préférentielle résistante ( sur beaucoup de pièces : pas forcément nécessaire),
même si on peut tenter d'améliorer le produit ( Le Carbone Forgé , fibres longues ) ,
nécessite des presses 60 - 250 bars . 2 principes de moulage sont décrits ici :http://www.materiatech-carma.net/fon...rancais_AL.pdf
S'il existe des roues auto - moto carbone , il n'existe aucune roue carbone forgé ( à ma connaissance ) , procédé de fabrication inadapté aux contraintes des roues .

[Erimus]

Merci beaucoup Catmandou.
Quid d'un mix tissé/forgé dans des proportions qui pourraient tirer parti du meilleur des deux techniques ? Relative souplesse pour le tissé, solidité accrue et manque de souplesse (risque de casse) compensé par une architecture en laminage et facilité de mise en oeuvre pour le forgé ?

[Erimus]

Parce que les deux techniques partent d’un même matériau (à très peu de choses près), c’est donc bien la structure (fibres courtes/longues, taille de trame, 3D alvéolée, etc.) et/ou la composition et la quantité de matrice thermoplastique qui déterminent les différences de comportement de la pièce finale. Oublié-je quelque chose ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[40CDV20]

Bjr,
Ca n'a rien de nouveau, les premières productions à liants thermoplastiques remontent aux années 70.
Le terme forgé est ici employé abusivement, il n'y a pas création de fibrage longitudinal, matriçage sera plus approprié puisqu'il y a moule (ou matrice) et encore c'est discutable.
Cette technique a été affinée dans les années 80 avec des liants à très hautes performances et particulièrement à l'initiative d'EDF qui cherchait une substitution à ses isolateurs THT. Je n'ai plus souvenir de ce qu'il en est advenu, la résine retenue était une bis-maléimide (BMI) en compound fibres de verre. Les pièces présentent un aspect de surface valorisant par densification de résine, le principal inconvénient en relation avec une microporosité significative est une tendance marquée "au pompage " (reprise hydrique et autre) s'il advient que cette peau soit dégradée.
Il y a plusieurs pièces de ce type en BMI sur le circuit de lubrification du moteur GE 90.
Cdt.

[Erimus]

40CDV20 toujours parfait. Ce que je recherche maintenant c'est une résine qui n'ait pas les inconvénients de la BMI.
J'ai bien compris qu'avec la surpression au moulage, la combinaison carbone/résine perdra ses qualités dynamiques et que j'aurais un "bloc de pierre".
Mais je peux compenser cet inconvénient en les assemblant en pièces formant une cotte de mailles plate insérée entre les "chaîne et trame" des fibres. Entre autres idées.
Aujourd'hui les jantes sont montées en fibres tissées uniquement, avec les inconvénients que l'on sait.
Leur rigidité oblige le pneu à supporter une pression énorme au freinage et à l'accélération. Même avec les meilleures suspensions.
On n'imaginerait jamais imposer de telles contraintes à un coureur de 100m. Leurs semelles sont conçues à l'inverse, elles s'écrasent (amortissent) puis autorisent une meilleure détente.
J'envisage donc de créer une structure interne qui, dans un premier temps, serait capable d'absorber en accompagnement du pneu les vibrations parasites que les suspensions ne savent pas absorber, question de temps de réponse aux hautes fréquences. Dans un deuxième temps, une structure dont l'architecture autoriserait un léger écrasement de la jante au freinage mais surtout un véritable rebond à l'accélération (supériorité du carbone sur l'alliage métal) pour créer une surpression en amont de la zone de contact du pneu avec la route. Ok, tout ça c'est du baratin, il faut voir maintenant où sont les erreurs.
Vos suggestions sont les bienvenues. D'avance, merci, ça promet d'être intéressant.

[40CDV20]

Bjr et slt à Erimus,
Voila comment se pratique cette façon de faire. Il suffit de disposer de presses hydrauliques à plateaux chauffants et des moules.
Le "bourrin" (ça a réellement l'aspect et la consistance du fumier pailleux des chevaux) est fait à la demande par le fournisseur de prépegs et est caractérisé par les fibres et la résine.
-on prépare une ébauche de forme à V+1/3 que l'on tasse dans le moule éventuellement équipé d'inserts ou autres, qu'on appelle les "points singuliers"
-on presse jusqu'à environ 1cm du plan de fermeture et l'on maintien à +150° (cas de la BMI) pendant 1h
-on verrouille le moule et on polymérise à +230° (cas de la BMI)
-on démoule et on ébavure.
Il faut noter que le démoulage exige un moule avec un minimum de dépouille et l'application de cire telle la Carnauba, ce qui complique sérieusement les opérations de finition, métallisation, peinture,...
C'est rapide, l'aspect est flatteur et le coût très maintenu. A contrario, c'est généralement plus lourd en comparaison, c'est relativement isotrope, au final c'est assez comparable à un béton fibré. Pour situer, on est assez proche des blocs de Bakélite d'entre-guerres renforcés au papier.
Ca c'était, début 90, on n'ajoutait pas de nattes ou de rubans prépegs de renforts ou de reprise d'efforts, pas plus qu'il n'était utilisé de dégazage. On ne savait pas non plus traiter la continuité électrique ce qui imposait in fine une métallisation PVD d'inconel.
Pour l'avoir vu faire, c'est ainsi qu'était fabriqué le socle de la trappe d'accès du réservoir d'huile du réacteur GE90, lui même en carbone-BMI.
Pour en revenir à la jante, quant on voit (caméra haute vitesse) les effets sur la jante des changements d'appuis enchainés à > 200 km/h, là très clairement je ne monte pas sur la moto.
à+

[Erimus]

Pas de jantes en béton fibré. D’après mes lectures, il y a différentes qualités de carbone forgé fonction des besoins clients. Depuis l’ultra rigide jusqu’au carbone forgé "ductile" des jantes de Lamborghini qui, lui, est vraiment monobloc contrairement à ce que prétend Carbon Revolution, l’entreprise australienne qui fabrique des jantes plutôt “classiques” comme d’ailleurs le japonais Weds Sport et, bien sûr, ceux qui font des jantes moto, toutes ces entreprises ne se différenciant principalement que par la nature du montage et le type de résine utilisée.
C’est donc pourquoi je songe à une architecture mixte parce que, si j’oublie toutes les entreprises qui empilent des feuilles de carbone, Lamborghini associé à Boeing, Callaway (Clubs de golf) et à l’université de Washington mise tout sur la souplesse de sa résine pour obtenir de meilleures performances - avec son carbone monobloc - que le traditionnel “mille-feuille”. Pour être plus précis, il s’agit d’un composite de faisceaux de fibres de carbone microscopiques maintenus ensemble dans une résine (inconnue, mais probablement de type AS4/ 8552 HexMC déjà utilisée par Boeing pour des contraintes extrêmes) laquelle résine est mélangée à de la poudre de carbone et le composite “poussé” à une densité de 500 000 fibres turbostratiques entrelacées par pouce carré. Turbostratique semblant signifier que les atomes de carbone sont poussés à s’aligner dans le sens de la longueur de la fibre, ce qui améliorerait la capacité de charge et la flexion par unité de masse.
Parfait, mais je n’ai pas les moyens du groupe VAG et de Boeing réunis et je doute qu’on puisse aller beaucoup plus loin avec cette technologie, ou pas significativement. Dans mon ex-domaine de recherches (je n’étais pas chercheur, je cofinançais et encadrais), je travaillais sur la nano-encapsulation de particules solides dans le gaz. La jante est le prolongement du pneu, vous pouvez faire les meilleures jantes carbone du monde, si vous avez des pneus chinois en pâte à modeler améliorée vous n’irez pas bien loin. L’inverse est aussi vrai avec des pneus de F1 montés sur des jantes en fer blanc. C’est donc un ensemble. Selon quelle logique imparable le pneu aurait toute la “mollesse” et la jante toute la “rigidité” ? Aujourd’hui, c’est la course aveugle à plus de densité, moins de poids, etc., mais qui se soucie des contraintes réelles du couple jante/pneu ? Aussi, au lieu de dégazer, pourquoi ne pas intégrer des nanoparticules de gaz à l’intérieur de certaines parties de la jante en appui d’une architecture interne qui favoriserait la résilience ? C’est-à-dire un retour plus rapide à la forme initiale avec, éventuellement, un bonus de rendement sur le pneu. Je peux être dans l’erreur la plus totale et j’en conviendrais. Mais les labos français avec qui j’ai pris contact tergiversent et c’est pourquoi j’ai rendez-vous cet après-midi avec le ministère de la Recherche ici au Caire pour établir un projet de partenariat et en soirée avec le patron d’un labo de l’université Aïn Shams pour une réunion informelle, de plus je compte me mettre en rapport avec Michelin pour plus de précisions sur leurs propres contraintes. Les prochains mois promettent d’être intéressants… Et vos avis m'intéressent toujours autant !

[Kerzen]

Erimus

Ce fameux carbone dont on ne voit pas le tissage, que vous mentionnez dans votre premier post, ne serait-ce pas le "Thin-Ply technology"

en Googelisant les mots-clés suivants:

CompositesWorld-June-2018-The-spread-of-spread-tow.

Cela vous donne un point de départ pour approfondir le sujet.

lequel sujet mériterait un "Thread" à lui tout seul

Bonne recherche

E

[Erimus]

Merci beaucoup Kerzen mais j'ai, hélas, abandonné ces recherches. L'Egypte où je suis n'a ni les hommes ni les moyens d'une compétition sur ces matériaux.
Joyeux Noël à venir et bonne année 2020 à vous et tous ceux que vous aimez.