Arkema mise sur une offre unique de composites tapes thermoplastiques

Tape de PEKK Kepstan® pour composites thermoplastiques

Les procédés de fabrication de pièces en composites thermoplastiques se sont considérablement améliorés ces dernières années. Plus facilement industrialisable, cette famille de composites présente aussi l’intérêt d’être recyclable. Des caractéristiques qui expliquent leur essor depuis quelques années, auquel Arkema contribue en développant des solutions de tapes– ou rubans - composites de pointe, fort de à son expertise dans les polymères de haute performance.

Le succès récent des composites thermoplastiques repose sur l’automatisation de leur fabrication, avec notamment l’arrivée de robots capables de déposer et thermocoller à des cadences industrielles des couches de tapes pré-imprégnées. Acteur de cette évolution, Arkema a développé une offre unique au monde de tapes, en collaborant avec des spécialistes des composites comme les groupes Hexcel et Barrday. « Notre association avec ces sociétés permet de développer les solutions les plus adéquates - tapes en PEKK (polyether cetone cetone), PVDF (polyfluorure de vinylidène) et polyamides - répondant aux exigences et spécificités de trois marchés cibles : l’aéronautique, le pétrole & gaz et l’automobile », explique Michel Glotin Directeur Scientifique Matériaux chez Arkema.

Les composites thermoplastiques PEKK pour les avions de demain avec Hexcel

L’aéronautique, en quête de matériaux toujours plus légers, est devenu un grand consommateur de composites thermodurs base époxy. Aujourd’hui, ce secteur tire l’innovation en ciblant l’utilisation d’une nouvelle génération de composites thermoplastiques, notamment à base de PEKK d’Arkema, le haut de gamme des thermoplastiques aux qualités de résistance exceptionnelles. « Les tapes en PEKK Kepstan^® sont bien plus performants que les tapes en résines thermodures époxy », explique Philippe Bussi en charge du développement du PEKK chez Arkema. « Associé à des fibres de carbone courtes ou longues, le PEKK est devenu une alternative à de nombreuses pièces métalliques, pour environ la moitié de leur poids ».

Un succès qui s’explique par les caractéristiques de légèreté, de résistance thermique (jusqu’à 260 °C) mais aussi mécaniques exceptionnelles du PEKK :

Un métal, quel que soit le sens dans lequel il est sollicité, répond toujours de la même façon aux sollicitations physiques. Pour le composite thermoplastique, tout dépend de la façon dont sont orientées les fibres. Il est donc possible de faire des pièces sur mesure selon l’application finale et surtout de les thermoformer, ce qui n’était pas possible avant avec les tapes époxy. Cela ouvre un vaste champ d’applications".

Philippe Bussi - en charge du développement du PEKK chez Arkema

Quelle meilleure illustration du succès rencontré par le PEKK que le partenariat stratégique récemment établi entre Arkema et la société Hexcel ? Ce producteur de fibres de carbone hautes performances et de semi-produits composites de référence dans le domaine de l’industrie aéronautique, et notamment fournisseur des composites thermodurcissables pour le fuselage de l’A350 d’Airbus, s’est associé à Arkema pour développer des tapes composites en PEKK Kepstan^® à renfort de fibres continues de carbone pour la fabrication des futures générations d’avions.

Cantonnée au départ aux pièces secondaires (bords d’attaque, volets mobiles…), l’utilisation de ces composites thermoplastiques va pouvoir s’étendre aux parties les plus sollicitées du fuselage et des ailes. « Les solutions mises au point dans un laboratoire commun en France vont permettre d’adapter les modes de production compatibles avec les cadences importantes des avionneurs », précise Philippe Bussi.

Pour accompagner la demande exponentielle de son PEKK, Arkema – l’un des deux seuls producteurs de PEKK au monde – a doublé récemment ses capacités de production en France et est sur le point d’inaugurer une unité de taille mondiale à Mobile, aux États-Unis. Le succès du PEKK n’est pas près d’atterrir !

Des tapes thermoplastiques pour les conduites flexibles des champs pétroliers off-shore

Fort de son expertise dans les polymères de haute performance - avec le PVDF Kynar^® et le polyamide bio-sourcé Rilsan^® - déjà utilisés pour rendre étanches les conduites flexibles des installations pétrolières en mer profonde, Arkema s’est associé en 2018 avec Barrday en créant BarrFlex TU LLC, une société commune, destinée à être le premier fournisseur innovant de tapes unidirectionnels thermoplastiques pour l'industrie du pétrole et du gaz.

Cette collaboration vise à mettre au point des tapes à base de PVDF Kynar^®, polyamide Rilsan ou PEKK Kepstan^® combinées à des fibres de carbone mais aussi d’autres types de fibres, pour remplacer en partie le métal des conduites flexibles (risers et lignes d’écoulements). Celles-ci peuvent faire plusieurs kilomètres de long entre la plate-forme et le puits de pétrole sous-marin ; leur installation actuellement nécessite de placer des bouées tout au long des flexibles, indispensables pour supporter leur poids et éviter d’endommager la plate-forme. Des chantiers à mettre en place complexes et coûteux !

Les composites, en remplacement du métal des flexibles permettent des améliorations substantielles en termes d’allègement et de résistance à la corrosion. « Notre objectif est d'aider nos clients à construire et à valider des canalisations pouvant supporter des températures allant jusqu'à 120 ° C, des pressions pouvant atteindre 700 bars et des environnements extrêmement corrosifs », explique Olivier Merle, responsable du marché Oil & Gas chez Arkema. « Une solution composite peut aider à réduire les coûts d'installation et à répondre aux exigences strictes en matière de structure, de durabilité et d'environnement. Nous sommes fiers de pourvoir offrir ces solutions à nos clients qui leur apportent une réelle valeur ajoutée ».

Rilsan^® Matrix, le dernier né des tapes composites pour alléger les véhicules

Du côté du secteur de l’automobile, les constructeurs, soumis à des normes d’émissions de CO2 sans cesse plus exigeantes – les plafonds d’émission par voiture passeront de 130 à 95 g/km en 2020 – se tournent de plus en plus aussi vers les composites, prisés pour leur légèreté et solidité. Et les composites thermoplastiques, qui présentent l’avantage supplémentaire de la recyclabilité, font l’objet de leur part d’un intérêt grandissant.

Arkema se positionne donc en partenaire privilégié de ce « régime minceur » avec le Rilsan^® Matrix, un nouveau matériau composite thermoplastique spécifiquement conçu pour l’automobile, conjointement avec le centre R&D Canoé en région aquitaine. Ce tape réunit des fibres de carbone unidirectionnelles continues intimement liées par un polyamide, thermoplastique de haute performance spécialement conçu pour répondre au besoin des pièces structurales automobile.

Afin de valider la fabrication industrielle de pièces en Rilsan^® Matrix, Arkema s’est rapproché de Coriolis, une PME spécialisée dans les procédés de mise en œuvre des composites, pour bénéficier de leur technologie de placement de fibres robotisée, éprouvée pour l'industrie aéronautique. Sous l’effet d’un chauffage rapide au-dessus du point de fusion du polyamide, les bandes se collent les unes aux autres à des cadences très élevées afin de fabriquer une préforme plate. Puis en s’appuyant sur les procédés du Cetim - le Centre technique des industries mécaniques, ces préformes sont thermo-estampées sous presse et surmoulées, permettant d’obtenir la pièce finale en 3D.

« Nous avons pu prouver qu’avec les tapes en Rilsan^® Matrix, les équipementiers automobiles peuvent réaliser des pièces composites à des cadences industrielles grandes séries, et à un coût compétitif », explique Gilles Hochstetter, expert Composites chez Arkema.

Les avantages de ces pièces en Rilsan^® Matrix ? Elles bénéficient d’une haute résistance chimique, mécanique et thermique et peuvent supporter des procédés d’application de traitements anticorrosion des métaux, dits de « cataphorèse », utilisés sur les chaînes de production automobiles. Les constructeurs peuvent ainsi combiner des pièces métalliques et des pièces en composites dans la structure d’un même véhicule sans perte des propriétés de résistance de l’ensemble, notamment aux chocs.

« Notre polyamide utilisé pour imprégner les fibres de carbone apporte aux tapes Rilsan^® Matrix des propriétés de résistance bien supérieures aux autres résines polyamides plus communes tels que les polyamides 6 ou 6.6. Ce nouveau composite pourrait bien être au cœur de la transformation de l’industrie automobile ! », conclut Gilles Hochstetter.