La fibre de carbone : Remodeler la mobilité

Exploration des avantages cliniques et fonctionnels de la fibre de carbone pour les utilisateurs de fauteuils roulants manuels

Fibre de carbone

Un bref historique

Découverte pour la première fois en 1958, la fibre de carbone a remodelé toutes les industries, des articles de sport haut de gamme à l'aérospatiale, et maintenant les fauteuils roulants. La National Academy of Engineering a désigné les matériaux composites, dont la fibre de carbone, comme l'une des 20 plus grandes réalisations techniques du 20e siècle. Qu'est-ce que la fibre de carbone, que peut-elle m'apporter cliniquement et pourquoi l'utiliser pour construire un fauteuil roulant manuel ? Les réponses à ces questions expliquent pourquoi la fibre de carbone et ses applications illimitées devraient être votre premier choix en matière de mobilité manuelle.

Qu'est-ce que la fibre de carbone ?

Les fibres de carbone sont des filaments plus petits qu'un cheveu humain, composés principalement d'atomes de carbone. Plusieurs milliers de filaments sont regroupés et utilisés seuls ou tissés dans un tissu.


Qu'est-ce qu'un matériau composite ?

Selon la National Academy of Engineering, un matériau composite est une combinaison de deux ou plusieurs matériaux qui diffèrent par leur forme ou leur composition et qui conservent leurs identités. La combinaison d'un tissu en fibre de carbone avec une matrice de résine plastique constitue un exemple de matériau composite. Ce matériau composite solide et léger, communément appelé fibre de carbone, est utilisé pour fabriquer des véhicules, des articles de sport et des fauteuils roulants Motion Composites. Il existe diverses méthodes de fabrication et des composites en fibre de carbone exclusifs utilisés dans ce large éventail d'industries. Tous les produits en fibre de carbone ne sont pas conçus pour répondre aux mêmes besoins, résister aux mêmes forces ou offrir la même longévité. Les produits en fibre de carbone peuvent être aussi différents qu'une canette de soda en aluminium et un fauteuil roulant en aluminium. La construction est tout aussi importante que la science des matériaux. Les propriétés suivantes expliquent pourquoi Motion Composites utilise la fibre de carbone sur le marché de la mobilité.

Les propriétés de la fibre de carbone

Une résistance spécifique élevée

Lorsque l'on compare le transport de fauteuils roulants manuels et les poids configurés, il est important de tenir compte de la résistance du fauteuil roulant. En ingénierie, il est courant de mesurer l'avantage d'un matériau en termes de rapport résistance/poids, ou de résistance spécifique. La force spécifique est définie comme la force d'un matériau divisée par sa densité (Bhatt, 2017). Cette résistance est exprimée en newton-mètre par kilogramme. La fibre de carbone présente une résistance spécifique ou un rapport résistance/poids nettement supérieur à celui des principaux matériaux pour fauteuils roulants utilisés aujourd'hui dans l'industrie. Selon la figure 1, 1 kilogramme de fibre de carbone, soit environ 2,2 livres, serait capable de résister à au moins 7 fois la force du titane et 18 fois la force de l'aluminium de série 6000. Livre pour livre, la fibre de carbone est nettement plus résistante que n'importe quel métal utilisé aujourd'hui dans l'industrie des fauteuils roulants. Il s'agit là d'une science des matériaux indéniable.

Figure 1

Une durabilité exceptionnelle

La fibre de carbone présente une résistance à la fatigue supérieure à celle des métaux. Cela signifie que les composants fabriqués en fibre de carbone résisteront plus longtemps au stress répétitif de l'utilisation quotidienne. Les fauteuils roulants en fibre de carbone de Motion Composites ont résisté au double du nombre minimum de cycles requis lors du test de résistance à la fatigue NSI/RESNA*.

Pas de soudure

Comme la fibre de carbone n'est pas un métal, elle n'est pas limitée dans les formes, les courbes et les angles qu'elle peut atteindre. La fibre de carbone n'est pas soudée mais plutôt moulée dans la forme souhaitée. Par conséquent, il n'y a pas de perte d'intégrité de la fibre de carbone lors d'un pliage agressif du cadre. En revanche, le métal s'affaiblit lorsqu'il se plie. Les changements brusques de direction nécessitent le soudage de deux pièces pour obtenir des angles agressifs ou un cintrage progressif sur la longueur du tube. Pendant le processus de soudage, le traitement thermique des métaux peut réduire considérablement la résistance du cadre, jusqu'à 40 % aux points de soudure. Pour obtenir le cadre le plus solide possible, à travers chaque pouce de tube, quelle que soit sa forme, la fibre de carbone est le choix évident.
La fibre de carbone a une résistance à la fatigue supérieure à celle des métaux. Cela signifie que les composants en fibre de carbone sauront résister à la contrainte répétitive de l’utilisation quotidienne plus facilement.  Les fauteuils roulants en fibre de carbone de Motion Composites résistent au double du nombre minimum de cycles nécessaires pour les tests de résistance à la fatigue de durabilité de l’INS / RESNA *.

Amortissement des vibrations

(Fan, 2018). Les utilisateurs de fauteuils roulants subissent également une exposition à long terme aux vibrations à basse fréquence en utilisant un fauteuil roulant manuel. Les matériaux utilisés dans la construction du fauteuil roulant peuvent amortir les vibrations transmises à l'utilisateur. L'amortissement est la limitation du mouvement vibratoire par la dissipation de l'énergie (Britannica, 2020). En fait, l'amortissement consiste à baisser le volume de la vibration. Les métaux, dépourvus de propriétés d'amortissement, sonnent comme un carillon lorsqu'ils sont frappés, alors que les composites en fibre de carbone produisent un bruit sourd. La fibre de carbone ne vibre pas autant que les métaux. La propriété d'amortissement des vibrations de la fibre de carbone dans les fauteuils roulants Motion Composites réduit les vibrations transmises à la colonne vertébrale de l'utilisateur. En retour, nos clients signalent une diminution des douleurs dorsales, des douleurs neurogènes dans les jambes et de la fatigue. La propriété d'amortissement des vibrations de la fibre de carbone permet à nos clients d'aller plus loin que jamais auparavant.

*L’American National Standards Institute et la Rehabilitation Engineering and Assistive Technology of North America travaillent de concert afin de contribuer au bien-être du public en supervisant le développement, l’attestation et l’utilisation de normes et standards pour les technologies d’assistance.

Faible expansion thermique

La dilatation thermique est l'augmentation de l'espace occupé par un matériau lorsque sa température augmente (Britannica, 2017). Un matériau avec un coefficient de dilatation thermique (CTE) positif, comme le titane, l'acier ou l'aluminium, change de taille avec les changements de température extrêmes. Au fil du temps, l'expansion et la contraction diminuent l'intégrité du cadre et de ses composants. La fibre de carbone a un CTE négatif qui s'approche de zéro lorsqu'elle est associée à une matrice, comme dans nos composites (Bhatt, 2017). L'expansion thermique exceptionnellement faible de notre matériau composite entraîne une expansion ou une contraction insignifiante à des températures extrêmes. La faible dilatation thermique de la fibre de carbone et des matériaux composites est une propriété exceptionnelle pour un cadre de fauteuil roulant.

Résistance à la corrosion

La corrosion est la destruction progressive d'un matériau en raison de son exposition à l'environnement. La corrosion est apparente dans la plupart des cadres de fauteuils roulants en métal et dans la quincaillerie associée. La fibre de carbone et les composites résultants utilisés dans les fauteuils roulants en fibre de carbone de Motion Composites sont très résistants à la corrosion (Bhatt, 2017). Nos cadres de fauteuil roulant en fibre de carbone résistent aux éléments sur le long terme.

L'avantage clinique

Les fauteuils roulants Motion Composites ne sont pas seulement des produits de pointe magnifiquement conçus, nos fauteuils changent des vies. Nous comprenons que les fauteuils roulants manuels sont une pièce d'équipement médical essentielle dans la vie de nos clients. Grâce à la science des matériaux et à une construction de qualité, nous apportons des applications viables, durables et réalistes de la fibre de carbone à l'industrie du fauteuil roulant.

Dans le monde entier, nos clients bénéficient de la résistance spécifique élevée, de la durabilité exceptionnelle et de l'absence de points de soudure de chacun de nos fauteuils roulants à cadre en fibre de carbone. La fibre de carbone permet d'obtenir les fauteuils roulants les plus solides aux poids les plus légers. Les preuves cliniques montrent que les fauteuils roulants ultralégers contribuent à la préservation des fonctions des membres supérieurs, à une propulsion plus facile et à une réduction des abandons d'équipement (Boninger, 2005). Les fauteuils roulants ultralégers réduisent le fardeau des utilisateurs et des soignants lorsqu'il s'agit de transporter le fauteuil dans et hors de la voiture, de monter les escaliers ou de voyager. La durabilité exceptionnelle de la fibre de carbone se traduit par un fauteuil roulant plus fiable et plus sûr, nécessitant moins de réparations que le principal fauteuil roulant en métal. Moins de maintenance sur un produit de meilleure qualité équivaut à une meilleure rentabilité sur la durée de vie du fauteuil, ce qui est bénéfique pour l'utilisateur final et les organismes de financement. Près de 40 % des utilisateurs de fauteuils roulants déclarent abandonner un équipement, en particulier un équipement peu performant (Phillips, 1993). Les facteurs cités comme affectant les performances sont la sécurité et la durabilité. Choisissez une fibre de carbone plus sûre et plus durable pour de meilleurs résultats. L'élimination des joints ou des soudures permet d'obtenir une finition solide et sans soudure, ce qui est préférable pour le nettoyage et le contrôle des infections, en particulier dans un environnement à utilisateurs multiples. Sans joints, sans perçage, sans assemblage de boulons ou sans soudure, notre cadre d'une seule pièce (monocoque) signifie moins de mouvements à l'intérieur du cadre, une efficacité de propulsion accrue, ainsi que des économies de poids et une durabilité supplémentaire.

L'amortissement exceptionnel des vibrations, la faible dilatation thermique et la résistance à la corrosion de la fibre de carbone et du matériau composite qui en résulte apportent des avantages cliniques dans tous les environnements où l'aventure mène nos clients. Les routes cahoteuses, l'humidité et les températures extrêmes ne font pas le poids face à la résilience du matériau du cadre. La propriété d'amortissement des vibrations de la fibre de carbone dans les fauteuils roulants Motion Composites réduit les vibrations nuisibles transmises à la colonne vertébrale de l'utilisateur. Nos clients sont heureux de constater une diminution des douleurs dorsales, des douleurs neurogènes dans les jambes et de la fatigue. La réduction de l'expansion et de la contraction des matériaux du fauteuil roulant permet une interaction constante entre les composants du cadre, ce qui garantit une conduite confortable et en douceur, quels que soient les éléments. La résistance à la corrosion des fauteuils roulants en fibre de carbone permet en outre d'offrir une solution de mobilité durable et rentable dans le temps.

Grâce à une science des matériaux exceptionnelle et une construction de qualité, Motion Composites continue d'introduire sur le marché des solutions de mobilité en fibre de carbone innovantes et cliniquement bénéfiques. Notre engagement reste le même : "mener l'évolution de la mobilité pour une vie meilleure".

Les mythes

Références

  1. Bhatt, P., & Goe, A. (2017). Carbon Fibres: Production, Properties and Potential Use. Material Science Research India14(1), 52–57. https://doi.org/10.13005/msri/140109
  2. Boninger ML, Koontz AM, Sisto SA, Dyson-Hudson TA, Chang M, Price R et al. Pushrim biomechanics and injury prevention in spinal cord injury: Recommendations based on CULP-SCI investigations. J Rehabil Res Dev 2005;42(3 Suppl 1):9–20.
  3. Britannica, T. Editors of Encyclopaedia (2017, August 4). Thermal expansion. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/thermal-expansion
  4. Britannica, T. Editors of Encyclopaedia (2020, May 27). Damping. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/damping
  5. Cowan RE, Nash MS, Collinger JL, Koontz AM & Bonninger ML (2009). Impact of surface type, wheelchair weight and axle position on wheelchair propulsion by novice older adults. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 90(7): 1076–1083.
  6. Fan, R., Liu, J., Li, Y., Liu, J., & Gao, J. (2018). Finite Element Investigation of the Effects of the Low-Frequency Vibration Generated by Vehicle Driving on the Human Lumbar Mechanical Properties. BioMed Research International, 2018, 1–9. https://doi.org/10.1155/2018/7962414
  7. Mann WC, Goodall S, Justiss MD, Tomita M. Dissatisfaction and nonuse of assistive devices among frail elders. Assist Technol 2002;14:130–9. [PubMed: 14651251]
  8. Paralysed Veterans of America Consortium for Spinal Cord Medicine (2005). “Preservation of upper limb function following spinal cord injury: A clinical guideline for health-care professionals.” Journal of Spinal Cord Medicine, 28(5):434–470.
  9. Phillips, B., & Zhao, H. (1993). Predictors of assistive technology abandonment. Assistive Technology, 5(1), 36–45.
  10. Rehabilitation Engineering & Assistive Technology Society of North America (RESNA). 2012. Position on the Application of Ultralight Manual Wheelchairs [position paper]. Retrieved from: RESNA: www.resna.org/resources/position_papers.dot. (2011). Position on the Application of Ultralight Manual Wheelchairs [position paper].
  11. Requejo P, Mulroy, Haubert, et al. Evidence-Based Strategies to Preserve Shoulder Function in Manual Wheelchair Users with Spinal Cord Injury. Top Spinal Cord Injury Rehabilitation. 2008; 13(4): 86–119.