Les pré-imprégnés carbone, notre matière première

Le carbone est notre matière première

Sa fibre extrêmement fine de l’ordre de la dizaine de micromètres de diamètre est fabriquée à partir de la carbonisation d’un précurseur chimique (polyacrylonitrile PAN). L’essentiel vient du Japon, des USA, de l’Allemagne et de la Chine, mais le japonais Toray fabrique aussi en France et l’américain Hexcel y construit une usine.

La fibre est composée d’atomes de carbone qui sont agglomérés dans des cristaux, eux-mêmes alignés parallèlement à l’axe long de la fibre. Cela la rend extraordinairement résistante. Des milliers de fibres sont enroulées pour former le fil qui est ensuite tissé selon différentes orientations (nappe unidirectionnelle, biaxiaux à ±45° et 0/90°, tri voire quadriaxiaux) puis imprégné de résine époxy. Couramment, les nappes présentent un grammage de 50g/m² à 1600g/m² et sont livrées en largeur allant de 25mm à 1600mm.

Nous recevons ces pré-imprégnés en rouleaux de plusieurs dizaines de kilogrammes et de mètres carrés. Nous veillons à la traçabilité de la matière utilisée ainsi qu’à son stockage dans une chambre froide à moins vingt degrés centigrades. En fonction des contraintes mécaniques de la pièce à fabriquer, nous calculons un échantillonnage et établissons un plan de drapage combinant différentes orientations de fibres et épaisseurs. Parfois, certaines pièces très spécifiques sont fabriquées sur des plans fournis par les clients qui réalisent ou sous-traitent les calculs. Pour le grammage le plus couramment utilisé, un pli fait seulement 3 dixièmes de millimètres d’épaisseur. L’opération de drapage dans les moules nécessite donc beaucoup de minutie et de rigueur, afin d’empiler les plis conformément aux calculs de charge.

L'art du drapage et de la polymérisation sous 7 bars de pression

Nous drapons dans des moules femelles demi-coquilles. Les moules sont, soit usinés dans une plaque d’aluminium, soit fabriqués par nos soins à partir d’un modèle en planches usinables selon une technique d’infusion de tissus de carbone secs. Les moules doivent être parfaitement étanches pour résister à la pression de l’autoclave. Nous avons aussi quelques secrets de fabrication en la matière.

La future pièce dans son moule est placé dans l’autoclave où elle va cuire jusqu’à cent vingt degrés et sept bars soit une très forte pression qui va en renforcer les propriétés mécaniques. Comme les recettes des grands chefs, nos procédés de cuisson à l’autoclave ont été patiemment optimisés et sont très confidentiels.

Our innovative process for building carbon composite parts is protected by pending patents

Our process for single process hollow parts that reinforced by shear webs for a perfect spreading of the loads is protected by 2 patents. This exclusive and versatile process allows for the production of structural parts without any limitations in the shape geometry. The hollow parts are lighter and require less carbon, which is an expensive material. The one-cure build optimises the strength of the parts and allows for a marked improvement in aesthetic appearance. This also prevents the need for machining after moulding, and therefore reduces the carbon dust generated when using traditional methods.

The parts obtained demonstrate excellent mechanical properties, especially in tension and compression, and can be up to six times lighter than steel parts for the equivalent strength. Effectively, the density of a carbon epoxy composite is 1.5, compared with 7.8 for steel (hence 7.8 tonnes for 1 cubic meter). However the cost is different and it requires the rethink of all of the functions of the part, in a value analysis, or a cost orientated re-design.

Parts made by Heol Composites since 2002 have been used for a variety of applications and in very different fields (competitive sailing, automotive racing, aeronautics, industry) to the great satisfaction of our clients.