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Composites thermoplastiques : une 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 en remplacement du métal. Objectif visé : la mise au point de véhicules plus légers, moins gourmands en carburant et émettant moins de CO2.

Les avantages des matériaux composites

50 % plus légers que l’acier et 30 % plus légers que l’aluminium, d’une solidité remarquable, les composites trouvent de nombreuses applications dans les secteurs du nautisme ou du transport.

Les matériaux composites sont constitués de trois éléments :

  • un renfort : une armature, généralement en fibre de carbone ou fibres de verre, qui concentre l’essentiel des propriétés mécaniques de la pièce finie.
  • une matrice : un liant en résine qui imprègne le renfort et se solidifie.
  • des additifs optionnels : ils améliorent les propriétés de la résine.

La matrice peut être une résine thermodurcissable – également appelé thermodur – (époxy et polyester pour les principales) ou une résine thermoplastique.

Recyclabilité : le vrai plus des composites thermoplastiques

Les composites thermodurs durcicent définitivement grâce à un mécanisme de réticulation. Ils ne sont donc ni réutilisables, ni recyclables. Les composites thermoplastiques apportent de vraies réponses pour pallier ces limites, étant :

  • thermoformables et thermosoudables : la matière thermoplastique ramollit lorsque les pièces composites sont chauffées. Celles-ci peuvent être alors façonnées ou soudées (un procédé facile à maîtriser, évitant le recours aux colles).
  • recyclables : il est possible de récupérer et de réutiliser la matière en la faisant fondre.

Pour tous ces avantages, la R&D d’Arkema s’investit plus particulièrement dans la mise au point de résines thermoplastiques pour pièces composites.

Elium® : la solidité d’un composite, la recyclabilité du thermoplastique

Pour relever le défi des composites thermodurs qui ne peuvent ni refondus ni recyclés, la R&D d’Arkema a développé récemment Elium®, la seule résine thermoplastique liquide sur le marché qui se met en œuvre comme une résine liquide thermodure, avec les mêmes procédés de fabrication : les pièces obtenues ont des propriétés mécaniques identiques à celles des pièces thermodures, mais présentent l’avantage d’être thermoformables, thermosoudables et entièrement recyclables.

 

Habitacles de voitures, pièces des structure et de carrosseries, capots, coques ou flotteurs de voilier et même pales d’éolienne: cette nouvelle résine va révolutionner la filière des composites dans les prochaines années.

Projet Fast RTM

 

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. 

Un nouveau composite thermoplastique résistant aux hautes températures

Dernière innovation d’Arkema annoncée au salon international des composites JEC World 2017 à Paris : Rilsan® Matrix, un matériau conçu avec l'appui du centre R&D Canoé en région Aquitaine.

 

Ce nouveau matériau composite pour l’automobile est un polyamide résistant aux hautes températures, chargé en fibres de carbone continues et proposé sous forme de bandes conditionnées en rouleaux.

Les équipementiers automobiles réaliseront des pièces en produisant d’abord des préformes par positionnement robotisé de ces bandes puis par thermo-estampage de ces préformes sous presse. L’avantage : la pièce obtenue résiste aux hautes températures, ce qui permettra aux constructeurs de combiner dans une même structure de véhicule des pièces métalliques et des pièces composites.

Au sein de l'Union européenne, les plafonds d'émissions de CO2 par voiture passeront de 130 à 95 g/km en 2020. Pour tenir l'objectif, les constructeurs investissent dans l'allègement des véhicules, en remplaçant le métal par des composites. À la fois légers, résistants et surtout recyclables, les thermoplastiques d'Arkema constituent une solution d’avenir.

Développer les composites thermoplastiques du futur

L'aéronautique est un marché particulièrement demandeur de solutions dans l'allègement des matériaux : réduire le poids d'un avion de 1000 kilos permet d'économiser 6000 tonnes de kérosène sur l'ensemble de sa durée de vie.

Alliées à des fibres de carbone, les résines thermoplastiques PEKK permettent la réalisation de pièces plus légères en étant aussi résistantes que les métaux employés précédemment.

Afin d'aller plus loin, Arkema s'allie à l'entreprise Hexcel, spécialisée dans l'industrie aéronautique, pour créer un laboratoire commun et développer des rubans composites thermoplastiques destinés à la réalisation de pièces de structures primaires pour les avions de prochaines générations, tel le fuselage.

50%

Composites now make up more than 50% of certain newer aircraft models, such as the Airbus A350 and the Boeing 787.

260°C

PEKK composites offer excellent resistance to scratching and abrasion, chemical exposure and heat (up to 260 °C) and are as rigid as some metals.

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