Les CFRP sont largement utilisés dans les courses automobiles haut de gamme. Le coût élevé de la fibre de carbone est atténué par le rapport résistance / poids inégalé du matériau, et un faible poids est essentiel pour les courses automobiles de haute performance. Les constructeurs de voitures de course ont également développé des méthodes pour conférer une résistance aux pièces en fibre de carbone dans une certaine direction, les rendant solides dans une direction porteuse, mais faibles dans des directions où peu ou pas de charge serait placée sur l’élément. À l’inverse, les fabricants ont développé des tissages omnidirectionnels en fibre de carbone qui appliquent une résistance dans toutes les directions. Ce type d’assemblage en fibre de carbone est le plus largement utilisé dans l’assemblage de châssis monocoque « cellule de sécurité » de voitures de course hautes performances. Le premier châssis monocoque en fibre de carbone a été introduit en Formule Un par McLaren lors de la saison 1981. Il a été conçu par John Barnard et a été largement copié les saisons suivantes par d’autres équipes de F1 en raison de la rigidité supplémentaire apportée au châssis des voitures.

Au cours des dernières décennies, de nombreuses supercars ont largement intégré le PRFC dans leur fabrication, l’utilisant pour leur châssis monocoque ainsi que pour d’autres composants. Dès 1971, la Citroën SM proposait des roues légères en fibre de carbone en option.

L’utilisation du matériau a été plus facilement adoptée par les fabricants à faible volume qui l’utilisaient principalement pour créer des panneaux de carrosserie pour certaines de leurs voitures haut de gamme en raison de sa résistance accrue et de sa diminution du poids par rapport au polymère renforcé de verre qu’ils utilisaient pour la majorité de leurs produits.

Génie civilmodifier

Le CFRP est devenu un matériau remarquable dans les applications d’ingénierie structurelle. Étudié dans un contexte académique quant à ses avantages potentiels dans la construction, il s’est également avéré rentable dans un certain nombre d’applications sur le terrain pour renforcer des structures en béton, en maçonnerie, en acier, en fonte et en bois. Son utilisation dans l’industrie peut être soit pour la modernisation afin de renforcer une structure existante, soit comme matériau de renforcement alternatif (ou de précontrainte) au lieu de l’acier dès le début d’un projet.

La modernisation est devenue l’utilisation de plus en plus dominante du matériau en génie civil, et les applications incluent l’augmentation de la capacité de charge des anciennes structures (telles que les ponts) qui ont été conçues pour tolérer des charges de service bien inférieures à ce qu’elles subissent aujourd’hui, la modernisation sismique et la réparation des structures endommagées. La rénovation est populaire dans de nombreux cas, car le coût de remplacement de la structure déficiente peut largement dépasser le coût de renforcement à l’aide de CFRP.

Appliqué aux structures en béton armé pour la flexion, le PRFC a généralement un impact important sur la résistance (doubler ou plus la résistance de la section n’est pas rare), mais seulement une augmentation modérée de la rigidité (peut-être une augmentation de 10%). En effet, le matériau utilisé dans cette application est généralement très résistant (par exemple, une résistance à la traction ultime de 3000 MPa, plus de 10 fois l’acier doux) mais pas particulièrement rigide (150 à 250 GPa, un peu moins que l’acier, est typique). En conséquence, seules de petites sections transversales du matériau sont utilisées. Les petites zones de matériau à très haute résistance mais à rigidité modérée augmenteront considérablement la résistance, mais pas la rigidité.

Le PRFC peut également être appliqué pour améliorer la résistance au cisaillement du béton armé en enroulant des tissus ou des fibres autour de la section à renforcer. Envelopper des sections (telles que des colonnes de pont ou de bâtiment) peut également améliorer la ductilité de la section, augmentant considérablement la résistance à l’effondrement sous la charge sismique. Cette « rénovation sismique » est la principale application dans les zones sujettes aux tremblements de terre, car elle est beaucoup plus économique que les méthodes alternatives.

Si une colonne est circulaire (ou presque), une augmentation de la capacité axiale est également obtenue en enveloppant. Dans cette application, le confinement de l’enveloppe en CFRP augmente la résistance à la compression du béton. Cependant, bien que la charge d’effondrement ultime augmente considérablement, le béton ne se fissurera qu’à une charge légèrement augmentée, ce qui signifie que cette application n’est utilisée qu’occasionnellement. Le CFRP à module ultra-élevé (avec un module de traction de 420 GPa ou plus) est l’une des rares méthodes pratiques de renforcement des poutres en fonte. Dans une utilisation typique, il est collé à la bride de traction de la section, augmentant à la fois la rigidité de la section et abaissant l’axe neutre, réduisant ainsi considérablement la contrainte de traction maximale dans la fonte.

Aux États-Unis, les tubes cylindriques en béton précontraint (PCCP) représentent la grande majorité des conduites de transport d’eau. En raison de leurs grands diamètres, les défaillances du PCCP sont généralement catastrophiques et affectent de grandes populations. Environ 19 000 milles (31 000 km) de PCCP ont été installés entre 1940 et 2006. La corrosion sous forme de fragilisation par l’hydrogène a été attribuée à la détérioration progressive des fils de précontrainte dans de nombreuses lignes PCCP. Au cours de la dernière décennie, les PFC ont été utilisés pour aligner le PCCP à l’interne, ce qui a donné lieu à un système de renforcement entièrement structurel. À l’intérieur d’une ligne PCCP, le revêtement en PRFC agit comme une barrière qui contrôle le niveau de contrainte subi par le cylindre en acier dans le tuyau hôte. Le revêtement composite permet au cylindre en acier de fonctionner dans sa plage élastique, afin de garantir le maintien des performances à long terme du pipeline. Les conceptions de revêtement en PRFC sont basées sur la compatibilité de déformation entre le revêtement et le tuyau hôte.

Le CFRP est un matériau plus coûteux que ses homologues de l’industrie de la construction, le polymère renforcé de fibres de verre (GFRP) et le polymère renforcé de fibres d’aramide (AFRP), bien que le CFRP soit généralement considéré comme ayant des propriétés supérieures. De nombreuses recherches continuent d’être menées sur l’utilisation du PRFC à la fois pour la modernisation et comme alternative à l’acier comme matériau de renforcement ou de précontrainte. Le coût reste un problème et des questions de durabilité à long terme demeurent. Certains s’inquiètent de la nature fragile du CFRP, contrairement à la ductilité de l’acier. Bien que des codes de conception aient été élaborés par des institutions telles que l’American Concrete Institute, la communauté des ingénieurs hésite encore à mettre en œuvre ces matériaux alternatifs. Cela est dû en partie à un manque de standardisation et à la nature exclusive des combinaisons de fibres et de résines sur le marché.

Microélectrodes en fibre de carbonedit

Les fibres de carbone sont utilisées pour la fabrication de microélectrodes en fibre de carbone. Dans cette application, une seule fibre de carbone d’un diamètre de 5 à 7 µm est généralement scellée dans un capillaire en verre. À la pointe, le capillaire est soit scellé avec de l’époxy et poli pour fabriquer une microélectrode à disque en fibre de carbone, soit la fibre est coupée sur une longueur de 75 à 150 µm pour fabriquer une électrode cylindrique en fibre de carbone. Les microélectrodes en fibre de carbone sont utilisées en ampérométrie ou en voltamétrie cyclique à balayage rapide pour la détection de la signalisation biochimique.

Articles de sportSdit

Un canot en fibre de carbone et Kevlar (Placid Boat Works Rapidfire à la Classique de canoë Adirondack)

CFRP est maintenant largement utilisé dans les équipements sportifs tels que les raquettes de squash, de tennis et de badminton, les longerons de cerf-volant de sport, les arbres de flèche de haute qualité, les bâtons de hockey, les cannes à pêche, les planches de surf, les palmes de natation haut de gamme et les coques d’aviron. Les athlètes amputés tels que Jonnie Peacock utilisent des lames en fibre de carbone pour courir. Il est utilisé comme plaque de tige dans certaines baskets de basket-ball pour maintenir le pied stable, généralement sur la longueur de la chaussure juste au-dessus de la semelle et laissé exposé dans certaines zones, généralement dans la voûte plantaire.

De manière controversée, en 2006, des battes de cricket avec une fine couche de fibre de carbone sur le dos ont été introduites et utilisées dans des matchs de compétition par des joueurs de haut niveau, notamment Ricky Ponting et Michael Hussey. La fibre de carbone était censée simplement augmenter la durabilité des chauves-souris, mais elle a été interdite de tous les matchs de première classe par l’ICC en 2007.

Un cadre de vélo en PRFC pèse moins qu’un cadre en acier, en aluminium ou en titane ayant la même résistance. Le type et l’orientation du tissage en fibre de carbone peuvent être conçus pour maximiser la rigidité dans les directions requises. Les montures peuvent être ajustées pour répondre à différents styles de conduite: les épreuves de sprint nécessitent des montures plus rigides tandis que les épreuves d’endurance peuvent nécessiter des montures plus flexibles pour le confort du pilote sur de plus longues périodes. La variété de formes dans lesquelles il peut être intégré augmente encore la rigidité et permet également des sections de tubes aérodynamiques. Les fourches en PRFC, y compris les couronnes de fourche à suspension et les guidons, les guidons, les tiges de selle et les bras de manivelle, sont de plus en plus courantes sur les bicyclettes moyennes et plus chères. Les jantes en PRFC restent chères mais leur stabilité par rapport à l’aluminium réduit le besoin de re-true d’une roue et la masse réduite réduit le moment d’inertie de la roue. Les rayons CFRP sont rares et la plupart des essieux en carbone conservent les rayons traditionnels en acier inoxydable. Le PRFC apparaît également de plus en plus dans d’autres composants tels que les pièces de dérailleur, les leviers et corps de frein et de levier de vitesses, les porte-pignons à cassette, les tringleries de suspension, les rotors de freins à disque, les pédales, les semelles de chaussures et les rails de selle. Bien qu’ils soient résistants et légers, les chocs, le serrage excessif ou l’installation incorrecte des composants en PRFC ont entraîné des fissures et des défaillances, qui peuvent être difficiles ou impossibles à réparer.

Autres applicationsmodifier

La résistance au feu des polymères et des composites thermo-sertis est considérablement améliorée si une fine couche de fibres de carbone est moulée près de la surface, car une couche dense et compacte de fibres de carbone réfléchit efficacement la chaleur.

Le PRFC est utilisé dans un nombre croissant de produits haut de gamme nécessitant une rigidité et un faible poids, notamment:

• Instruments de musique, y compris les archets de violon; médiators de guitare, cous (tiges en fibre de carbone) et médiators; coquilles de tambour; chanteuses de cornemuse; et des instruments de musique entiers tels que les violoncelles, altos et violons en fibre de carbone de Luis et Clark; et les guitares acoustiques et ukulélés de Blackbird Guitars; également des composants audio tels que des platines et des haut-parleurs.
• Les armes à feu l’utilisent pour remplacer certains composants en métal, en bois et en fibre de verre, mais de nombreuses pièces internes sont encore limitées aux alliages métalliques car les plastiques renforcés actuels ne conviennent pas.
• Corps de drone haute performance et autres composants de véhicules et d’aéronefs radiocommandés tels que les pales de rotor d’hélicoptère.
• Poteaux légers tels que: pieds de trépied, bâtons de tente, cannes à pêche, queues de billard, bâtons de marche et bâtons à grande portée tels que pour le nettoyage des vitres.
• Dentisterie, les poteaux en fibre de carbone sont utilisés pour restaurer les dents traitées par canal radiculaire.
• Bogies de train à rail pour le service voyageurs. Cela réduit le poids jusqu’à 50% par rapport aux bogies métalliques, ce qui contribue aux économies d’énergie.
• Coques pour ordinateurs portables et autres étuis haute performance.
• Tissus en carbone. Tir à l’arc, flèches et boulons en fibre de carbone, crosse et rail.
• En tant que filament pour le processus d’impression de modélisation par dépôt fondu 3D, le plastique renforcé de fibres de carbone (filament de polyamide-carbone) est utilisé pour la production d’outils et de pièces robustes mais légers en raison de sa grande résistance et de sa longueur de déchirure.
• Réhabilitation des conduites de chauffage urbain, selon la méthode CIPP.