Qu'est-ce qui est le plus ignifuge ? Fibre de carbone contre. Aramide
Introduction
En ce qui concerne le domaine de l'ingénierie des matériaux, deux matériaux ont fait l'objet de recherches approfondies pour leurs caractéristiques de résistance et de performance ; fibre de carbone et aramide. Ces deux matériaux sont largement utilisés dans divers domaines et se distinguent par leur solidité, leur durabilité et leur résistance à l’usure générale. Ces derniers temps, il y a eu un intérêt marqué pour comprendre les performances de résistance au feu de ces matériaux et comment ils se comportent lorsqu'ils sont soumis à des tests rigoureux. Bien que les deux matériaux se soient révélés très résistants au feu, cet article cherche à examiner de manière approfondie les différences entre les deux concernant leurs propriétés de résistance au feu et les performances de la fibre de carbone et de l'aramide dans différentes situations.
Fibre de carbone
La fibre de carbone, également connue sous le nom de fibre de graphite, est une substance populaire largement utilisée dans l'industrie aérospatiale, les équipements sportifs, l'automobile et les applications médicales, entre autres domaines en raison de sa durabilité et de sa résistance exceptionnelles (Wang, Gao et Cheng, 2016). . Les fibres de carbone sont créées par polymérisation de l'acrylonitrile dans des usines où il est électrofilé et torsadé en microfilaments, qui subissent ensuite une carbonisation. Ce processus consiste à soumettre les filaments à des températures extrêmes allant jusqu'à 2 400 degrés, conduisant à la production d'atomes de carbone purs disposés dans une structure de réseau cristallin. Le résultat est un matériau doté d'une résistance élevée à la traction, d'une faible dilatation thermique et d'une résistance élevée à la corrosion chimique (Wang, Gao et Cheng, 2016).
Outre ses propriétés mécaniques exceptionnelles, la fibre de carbone est connue pour sa capacité à tolérer des températures élevées. Il est considéré comme stable jusqu'à 400 degrés dans l'air et peut supporter jusqu'à 1,000 degré dans le vide sans montrer aucun signe de dommage (Abdallah et al., 2018). Cependant, une fois exposées à une flamme directe, les fibres de carbone se décomposent, entraînant généralement une fusion ou une inflammation. En effet, à des températures supérieures à 400 degrés, les atomes de carbone contenus dans les fibres de carbone réagissent avec l'oxygène atmosphérique pour produire du monoxyde et du dioxyde de carbone, ce qui entraîne la combustion du matériau.
Aramide
Les fibres d'aramide ou aramides sont des fibres synthétiques de haute performance largement utilisées dans diverses applications qui nécessitent une résistance, une durabilité et une résistance élevées aux éléments externes. Le type d'aramide le plus courant est le poly-p-phénylène téréphtalamide, mieux connu sous le nom de Kevlar, introduit en 1971 par DuPont. Les fibres d'aramide sont produites par polymérisation de molécules à l'aide d'une réaction en deux étapes qui comprend d'abord la création d'un polymère cristallin liquide par solubilisation et filage ultérieur sous forme de fibre. Les fibres finies se distinguent par leur haute résistance à la traction, leur faible allongement à la rupture et leur résistance à l'abrasion et aux chocs (Zhou et al., 2018). Les fibres sont connues pour leur stabilité thermique exceptionnelle et peuvent résister à des températures allant jusqu'à 300 degrés sans dommage.
Contrairement à la fibre de carbone, la fibre aramide est également ignifuge, une caractéristique qui la place devant les autres matériaux en termes de résistance au feu. Lorsque les fibres d'aramide entrent en contact avec une source de chaleur, elles subissent un processus appelé dégradation endothermique, qui provoque la décomposition des fibres sans libérer de gaz combustible (Zhou et al., 2018). En raison de l'absence de gaz combustibles, le taux de transfert de chaleur vers le substrat lorsque les fibres aramides subissent un incendie est faible, ce qui entraîne une intensité réduite et des dommages moindres.
Comparaison : fibre de carbone et aramide en termes de résistance au feu
Bien que la fibre de carbone et la fibre d’aramide soient toutes deux connues pour leur solidité, leur durabilité et leur résistance aux éléments extérieurs, elles diffèrent en termes de résistance au feu. La fibre de carbone a tendance à fondre ou à s'enflammer lorsqu'elle est exposée au feu, tandis que la fibre d'aramide tolère la chaleur et les flammes, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications impliquant une exposition à une chaleur élevée (Jeong, Lee et Kim, 2018). De plus, la fibre aramide présente des propriétés mécaniques exceptionnelles, même dans les environnements thermiques les plus difficiles, ce qui en fait le matériau privilégié dans la fabrication d'équipements de protection dans les secteurs militaire, industriel et de lutte contre les incendies.
En évaluant les performances de résistance au feu des matériaux, des études montrent que les fibres d'aramide s'en sortent mieux que les fibres de carbone dans les situations nécessitant une protection contre le feu. Dans une étude menée par Li et ses collègues (2019), les chercheurs soumettent les fibres de carbone et d'aramide à une gamme de niveaux de chaleur pour déterminer les effets de l'exposition à la chaleur sur les matériaux. L'étude a révélé que même si les fibres d'aramide ne subissaient aucun changement significatif lorsqu'elles étaient exposées à des températures allant jusqu'à 600 degrés, les fibres de carbone présentaient une fusion, une fissuration et une expansion de surface significatives. De même, dans une autre étude, Jeong et ses collègues (2018) ont étudié les propriétés de résistance au feu des deux matériaux composés de fibres de carbone par rapport aux composites de fibres d'aramide. Les chercheurs ont découvert que le composite en fibre d’aramide présentait une résistance aux flammes supérieure à celle du composite en fibre de carbone.
De plus, les fibres d’aramide sont plus innovantes en termes d’applications de conception que la fibre de carbone. Étant donné que les fibres d'aramide sont intrinsèquement ignifuges, ce matériau est très recherché dans l'industrie textile pour diverses applications, notamment les équipements de lutte contre l'incendie, les équipements de protection individuelle (EPI) industriels, les vêtements d'extérieur et les tentes, entre autres. Les fibres de carbone ne sont pas naturellement ignifuges, et toutes les applications nécessitant une résistance au feu, telles que les composants de moteurs, nécessitent l'ajout de matrices pour obtenir une résistance aux flammes.
Conclusion
Dans l’ensemble, la fibre de carbone et la fibre d’aramide sont des matériaux exceptionnels réputés pour leur résistance, leur durabilité et leurs performances exceptionnelles. Si la fibre de carbone est louée pour ses propriétés mécaniques exceptionnelles, ses propriétés ignifuges ne sont pas au même niveau que celles de la fibre aramide. La fibre aramide est connue pour sa stabilité thermique exceptionnelle, son caractère ignifuge et ses propriétés mécaniques exceptionnelles qui la rendent idéale pour une utilisation dans des environnements thermiques difficiles. Par conséquent, dans les applications nécessitant des performances élevées dans des environnements à haute température, la fibre aramide est le choix le plus préféré.
Les références
