Quel matériau est le meilleur, fibre de carbone, fibre de verre ou aramide ?
Des différences significatives dans les trois fibres peuvent être observées lorsque les densités des trois matériaux sont comparées. Si vous faites 3 échantillons de la même taille et du même poids, il devient rapidement évident que la fibre Kevlar® est beaucoup plus légère, suivie de la fibre de carbone et de la fibre de verre E étant la plus lourde.
Par conséquent, pour le même poids de matériau composite, la fibre de carbone ou le Kevlar® peuvent atteindre une résistance supérieure. En d'autres termes, toute structure nécessitant une résistance donnée réalisée avec des composites en fibre de carbone ou Kevlar® sera plus petite ou plus fine qu'une structure en fibre de verre.
Lorsque des échantillons ont été fabriqués et testés, il a été constaté que le composite en fibre de verre était presque deux fois plus lourd que les stratifiés en Kevlar® ou en fibre de carbone. Cela signifie que l'utilisation de Kevlar® ou de fibre de carbone peut économiser beaucoup de poids.
Le module de Young est une mesure de la rigidité d'un matériau élastique et est une façon de décrire un matériau. Il est défini comme le rapport de la contrainte uniaxiale (dans une direction) à la déformation uniaxiale (déformation dans la même direction). Module de Young=contrainte/déformation, ce qui signifie qu'un matériau avec un module de Young élevé est plus dur qu'un matériau avec un module de Young inférieur.
La rigidité de la fibre de carbone, du Kevlar® et de la fibre de verre varie considérablement. La fibre de carbone est environ deux fois plus rigide que la fibre d'aramide et cinq fois plus rigide que la fibre de verre. L'inconvénient de la rigidité supérieure de la fibre de carbone est qu'elle a tendance à être plus fragile. Lorsqu'il tombe en panne, il a tendance à ne pas présenter beaucoup de contraintes ou de déformations.
3. Inflammabilité et dégradation thermique
Le Kevlar® et la fibre de carbone résistent tous deux aux températures élevées et aucun n'a de point de fusion. Les deux matériaux ont été utilisés dans les vêtements de protection et les tissus résistants au feu. La fibre de verre finira par fondre, mais elle est également très résistante aux températures élevées. Bien sûr, l'utilisation de la fibre de verre dépolie dans les bâtiments améliore également la résistance au feu.
La fibre de carbone et le Kevlar® sont utilisés pour fabriquer des couvertures ou des vêtements de protection pour les pompiers ou les soudeurs. Les gants en Kevlar sont couramment utilisés dans l'industrie de la viande pour protéger les mains lors de l'utilisation de couteaux. Étant donné que les fibres sont rarement utilisées seules, la résistance à la chaleur de la matrice (généralement de l'époxy) est également importante. Les résines époxy ramollissent rapidement lorsqu'elles sont exposées à la chaleur.
4. Conductivité
La fibre de carbone conduit l'électricité, contrairement au Kevlar® et à la fibre de verre. Le Kevlar® est utilisé pour les haubans des pylônes de transmission. Bien qu'il ne soit pas conducteur d'électricité, il absorbe de l'eau et l'eau est conductrice d'électricité. Par conséquent, dans de telles applications, un revêtement imperméable doit être appliqué sur le Kevlar.
Parce que la fibre de carbone conduit l'électricité, la corrosion galvanique devient un problème lorsqu'elle entre en contact avec d'autres pièces métalliques.
5. Dégradation UV
Les fibres d'aramide se dégradent à la lumière du soleil et dans les environnements à fort rayonnement UV. Les fibres de carbone ou de verre sont peu sensibles aux rayons UV. Cependant, certains substrats couramment utilisés, tels que la résine époxy, blanchiront et perdront de leur résistance s'ils sont exposés à la lumière du soleil. Les résines de polyester et d'ester vinylique sont plus résistantes aux rayons UV mais plus faibles que la résine époxy.
6. Anti-fatigue
Si une pièce est pliée et redressée à plusieurs reprises, elle finira par échouer en raison de la fatigue. La fibre de carbone est quelque peu sensible à la fatigue et a tendance à tomber en panne de manière catastrophique, tandis que le Kevlar® est plus résistant à la fatigue. La fibre de verre est quelque part entre les deux.
7. Résistance à l'usure
Le Kevlar® est très résistant à l'abrasion, ce qui le rend difficile à couper. L'une des utilisations courantes du Kevlar® est comme gants de protection dans les zones où les mains peuvent être coupées par du verre ou où des lames tranchantes sont utilisées. La fibre de carbone et la fibre de verre sont moins résistantes.
8. Résistance chimique
Les fibres d'aramide sont sensibles aux acides forts, aux bases fortes et à certains agents oxydants tels que l'hypochlorite de sodium, qui peuvent provoquer une dégradation des fibres. Les agents de blanchiment au chlore courants (tels que Clorox®) et le peroxyde d'hydrogène ne peuvent pas être utilisés avec le Kevlar®, les agents de blanchiment à l'oxygène (tels que le perborate de sodium) peuvent être utilisés sans endommager les fibres d'aramide.
Les fibres de carbone sont très stables et insensibles à la dégradation chimique. Cependant, la matrice époxy se dégradera.
9. Performances de collage de la matrice
Pour que la fibre de carbone, le Kevlar® et le verre fonctionnent de manière optimale, ils doivent être maintenus en place dans une matrice, généralement une résine époxy. Par conséquent, la capacité des résines époxy à se lier avec diverses fibres est essentielle.
Les fibres de carbone et de verre adhèrent facilement à l'époxy, mais la liaison fibre aramide-époxy n'est pas aussi forte que souhaité, et cette adhérence réduite permet à l'eau de pénétrer. En conséquence, les fibres d'aramide ont tendance à absorber l'eau, ce qui, combiné à une adhérence moins qu'idéale à l'époxy, signifie que si la surface du composite Kevlar® est endommagée et que l'eau peut pénétrer, alors le Kevlar® peut absorber l'humidité le long des fibres, et fragiliser le matériau composite.
