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Les composites thermoplastiques, une réelle alternative aux composites thermodurcissables

Les matériaux composites thermoplastiques présentent des caractéristiques exceptionnelles qui en font des matériaux de plus en plus prisés dans de nombreux secteurs tels que l’automobile et l’aéronautique.

Des matériaux innovants

Plus légers que les matériaux traditionnels (verre et métal), les composites ont également l'avantage de présenter des caractéristiques d'inaltérabilité, en faisant des matériaux fiables pour les marchés exigeants.

Les matériaux composites sont constitués de trois éléments :

  • un renfort : armature qui concentre l’essentiel des propriétés mécaniques du produit fini
  • une matrice organique : liant en résine qui assure la cohésion de la structure et la transmission des efforts vers le renfort
  • des additifs optionnels : ils modifient ou améliorent les propriétés de la résine

C’est la matrice qui définira s’il s’agit d’un composite thermodurcissable (époxy, polyester insaturé, vinylester pour les principales) ou d’un composite thermoplastique (PEKK, acrylique, polyamide, PVDF ou polypropylène). Les résines thermoplastiques, contrairement aux thermodures, sont généralement à l’état solide à température ambiante. Seule la résine acrylique Elium® d'Arkema est une résine thermoplastique liquide à température ambiante.

Projet Fast RTM : pour des pièces composites légères et résistantes produites en deux minutes

En partenariat avec l’Institut de Recherche Technologique de Metz (IRT-M2P) et plusieurs constructeurs automobiles français, Arkema s’est engagé en 2015 dans le projet Fast RTM (Fast Resin Transfer Molding). Il permet de démontrer la possibilité de produire des pièces automobiles composites à base d’Elium® aux cadences exigées par les constructeurs, une pièce toute les deux minutes. 

 

Lauréat des derniers JEC Innovation Awards, le projet devrait s’achever fin 2017. Il vise à faire entrer de manière durable les composites thermoplastiques « made in Arkema » dans la production automobile. Objectif final : la mise au point de véhicules plus légers et émettant moins de CO2.

 

Des avantages précieux pour répondre aux nouveaux enjeux

Affichant des performances égales aux composites thermodurcissables, les composites thermoplastiques permettent de concevoir des produits finis techniques.

 

Cependant, là où les composites thermodurcissables posent des questions sur leur cycle de vie et leur impact environnemental, les composites thermoplastiques apportent de vraies réponses grâce à leurs propriétés intrinsèques :

  • Recyclabilité : les composites thermodurcissables sont créés à partir de résines thermodurcissables (époxy et polyesters en tête), ce qui les rend difficilement recyclables car impossibles à modifier après polymérisation.

    Les composites thermoplastiques peuvent eux être transformés après broyage, limitant les rebus et répondant ainsi aux impératifs environnementaux de plus en plus stricts.

  • Thermoformage : une fois modelée, une résine thermodure ne peut plus se mettre en forme : le produit, reste tel qu’il a été conçu. En tant que thermoplastique, on peut façonner le produit en le réchauffant, ce qui ramollit la matière.
  • Thermosoudage : pour assembler des pièces en composites thermodurs, il est nécessaire de passer par le collage qui pose des problèmes d’hétérogénéité des matériaux. Les thermoplastiques pouvant être réchauffés, les matériaux peuvent être soudés, un procédé plus simple et plus facile à maîtriser pour les industriels.

De nombreuses applications industrielles

Pouvant se substituer au métal et au verre ainsi qu’aux composites thermodurcissables, les composites thermoplastiques offrent ainsi un large éventail d’applications :

  • Automobile : pièce structurelle de la caisse et pièce de siège
  • Camion/Bus/Machines agricoles : pièces de carrosserie et pièces structurelles
  • Sport : ski et autres planches de glisse, chaussures
  • Nautisme : coque, bôme ou autres pièces sur le pont (bateau à voile ou à moteur)
  • Electronique : capotage d’ordinateur ou de téléphone portable
  • Eolienne : pales, nez, nacelle

 

Les composites thermoplastiques sont issus d’une innovation de rupture récente. Toutes les applications possibles n’ont certainement pas encore été imaginées : une opportunité considérable pour les industriels les plus visionnaires.

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