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JEC Show : les tendances 2011

Comme tous les ans, le JEC Show 2011 a été l'occasion de découvrir des innovations et des applications novatrices dans le domaine des matériaux composites. Le salon met en évidence le dynamisme de la filière composite et montre que les évolutions technologiques sont rapides d'une année à l'autre. L'innovation y est forte, notamment dans le domaine des matériaux recyclables ou des matériaux plus respectueux de l'environnement...

 

La filière composite s'est faire preuve de remise en question vis à vis de l'environnement par l'utilisation de résines thermodurcissables plus respectueuses de l'environnement, de résines thermoplastiques et l'essor des fibres naturelles.
Les applications dans le secteur de l'automobile y sont fortement représentées avec une hausse de l'utilisation des matériaux composites lié au besoin de réduire la masse des nouveaux véhicules et de palier à l'augmentation du poids des batteries dans les nouveaux véhicules électriques.
La part de plus en plus importante des matériaux composites dans le secteur automobile n'est possible que grâce à l'évolution des techniques de moulage avancées et à la prise en compte de l'impact environnemental dans la conception des pièces en matériaux composites.
 

Des composites plus respectueux de l'environnement
 

Comme tous les ans, le JEC Show 2011 a été l'occasion de découvrir des innovations et des applications novatrices dans le domaine des matériaux composites. Le salon met en évidence le dynamisme de la filière composite et montre que les évolutions technologiques sont rapides d'une année à l'autre. L'innovation y est forte, notamment dans le domaine des matériaux recyclables ou des matériaux plus respectueux de l'environnement.
La filière composite s'est faire preuve de remise en question vis à vis de l'environnement par l'utilisation de résines thermodurcissables plus respectueuses de l'environnement, de résines thermoplastiques et l'essor des fibres naturelles.
Les applications dans le secteur de l'automobile y sont fortement représentées avec une hausse de l'utilisation des matériaux composites lié au besoin de réduire la masse des nouveaux véhicules et de palier à l'augmentation du poids des batteries dans les nouveaux véhicules électriques. La part de plus en plus importante des matériaux composites dans le secteur automobile n'est possible que grâce à l'évolution des techniques de moulage avancées et à la prise en compte de l'impact environnemental dans la conception des pièces en matériaux composites.

Les matériaux composites présentent de plus en plus d'avantages environnementaux et peuvent être considéré comme de véritables éco-solutions lors de la conception d'un produit. Ainsi de nombreux fournisseurs de matières premières présentaient des produits sûrs et respectueux de l'environnement. Ainsi le chimiste néerlandais DSM Composite affiche son degré d'exigence vis à vis de l'environnement en profitant du JEC Composites Show pour commercialiser une résine vinylester répondant à la législation sur le contact alimentaire (2002/72/CE) et destinée à la distribution de l'eau potable.
Commercialisé sous le nom Atlac 5200 FC, cette résine vinylester entre dans la production de réservoirs, de conteneurs ou de tuyaux destinés à la distribution de l’eau potable. Elle possède également de bonnes propriétés anticorrosion et de résistance thermique, ce qui en permet une utilisation dans des environnements hostiles. CRAY Valley a reçu un prix aux JEC Innovation Awards pour le développement d'une résine résistante au feu.
La résine polyester FireBlock applicable par de nombreuses méthodes (RTM, BMC, contact)  et répondant à la norme EN 45545, la norme anti-incendie la plus exigeante dans le domaine ferroviaire, présente plusieurs avantages environnementaux. Elle contribue à la réduction des émissions de CO2 et de l'énergie nécessaire à sa fabrication. De même, elle ne contient aucuns composés halogénés ou perturbateurs endocriniens dans sa formulation de base.

Les structures composites thermoplastiques deviennent de plus en plus complexes et gagnent du terrain sur le marché du composite du fait de leur recyclabilité. On constate également une percée des matériaux biosourcés tant au niveau des fibres naturelles que des résines. En associant d'excellentes propriétés mécaniques et thermiques, les matériaux biosourcés pénètrent des secteurs à fort potentiel technologique comme l'automobile, le bâtiment, les énergies renouvelables et le sport.
La société américaine Cutting Dynamics Inc produit des sièges ultra-légers en composite thermoplastique pour les avions. Ces sièges sont conformes en tout point aux normes actuellement en vigueur et offrent l'avantage d'être recyclables et une durée de vie accrue par rapport aux résines thermodurcissables. Le procédé de transformation mis au point par la société Cutting Dynamics Inc permet d'obtenir des structures creuses à géométrie complexe constituant l'ossature du dossier du siège et ceci avec des cycles de moulage rapide.
Le centre de recherche et développement privé pour le bâtiment, INNOBAT, innove dans les structures de fenêtres par le développement d'encadrement en résine époxyde renforcée de fibres de lin. Traditionnellement, les matériaux employés dans ce type d'application sont le bois, l'aluminium ou le PVC. La résine époxyde est une résine bio-sourcée qui une fois associée aux fibres de lin possède les propriétés intrinsèques de l'aluminium et du PVC, soit respectivement l'élasticité et l'isolation thermique. 
Egalement visible sur le salon des démonstrations de transformation d'un produit 1OO% biosourcés avec la technologie ROCTOOL. Le biocomposite utilisé pour ces démonstrations a été mis au point par BIOTEX. Il s'agit d'un textile mixte à base de filaments de PLA à haute performance et de fibres de lin. Le matériau, une fois transformé, présente d'excellentes propriétés mécaniques et esthétiques, ce qui permet son utilisation pour des pièces intérieurs d'automobile ou la réalisation de produits grand public avec une certaine cosmétique.
En utilisant une technologie similaire, FIBERSHELL, émergence de ROCTOOL fabrique des coques de téléphone en fibres de lin. Les tissus sont des matériaux composites à base de fibres de lin imprégnées avec une résine thermoplastiques (taux de fibres au moins de 50 %). Le moule qui est à température ambiante et dans lequel sont disposées les pièces de tissu prédécoupées, est ensuite chauffé à haute température par induction électromagnétique, pour faire fondre la résine et imprégner la fibre, ce qui garantira les caractéristiques mécaniques et la qualité de surface de la coque finie.

ARKEMA exposait également sa gamme de produits nanomatériaux, c.-à-d. de nouveaux nanotubes de carbone Graphistrength® pour nanostructurer des résines  thermodurcissables et thermoplastiques afin d’en améliorer leurs propriétés. ARKEMA teste à l’échelle pilote  l’utilisation d’éthanol agricole comme source de carbone pour la production de ses  nanotubes de carbones Graphistrength®.
Dans le futur,  ses  productions  de poudres seront réalisées à partir de cette matière première d’origine renouvelable. ARKEMA développe un grade spécifique de mélange maître thermoplastique Graphistrength® C M3-20 dans lequel les nanotubes de carbone multi-parois sont idéalement dispersés dans une matrice Rilsan® polyamide 11 obtenue à partir d’huile de ricin, matière première d’origine végétale. Le mélange maître Graphistrength®  C M3-20  sera donc un produit dont l’ensemble des matières premières est renouvelable.
Pour ce faire, ARKEMA construit en France une unité pilote de production de nanotubes de carbone (NTC) sur son site de Mont (France, Pyrénées-Atlantiques). Cette unité d'une capacité de 400 tonnes/an, dont le démarrage est prévu début 2011, s'appuiera sur un procédé novateur et sera la seule unité de fabrication de NTC au monde à utiliser une matière première bio-ressourcée.
Dispersés dans une matrice polymère soit de type thermoplastique, soit de type thermodurcissable, soit de type élastomérique, les nanotubes de carbone multi-parois Graphistrength®  permettent d’obtenir de remarquables propriétés de dissipation électrostatiques (ESD) et ceci à des taux d’incorporation très faible par rapport à l’ensemble des charges habituellement utilisées.
Cette faible concentration des nanotubes de carbones multi-parois dans les polymères diminue considérablement le risque d’altération des propriétés mécaniques et peut même les améliorer dans certains cas. Les nanotubes de carbone peuvent être utilisés pour apporter des propriétés ESD dans les matériaux en contact avec les combustibles : les joints en caoutchouc, les lignes de circulation de combustible et les réservoirs en thermoplastique.
Certaines pièces de carrosserie peuvent être utilement chargées en nanotubes de carbone qui apportent des propriétés ESD suffisantes pour permettre l’application de la peinture par dépôt électrostatique. Les nanotubes de carbone permettent aussi d’obtenir des états de surface de très faible rugosité et de haute brillance et d’améliorer significativement les propriétés mécaniques et la durabilité des matériaux tout en autorisant un allégement des structures.

Le Groupe DEPESTELE propose sa gamme de produits LINCORE à base de fibres de lin. Les tissus sont un mixte de fibres thermoplastiques (PLA, PP, PA,...) et de fibres de lin. Ces tissus permettent la réalisation de pièces structurelles en matériaux composites par thermocompression avec des cycles de fabrication relativement rapides.
Elle met également à disposition des transformateurs de la plasturgie, une gamme de compounds (PLA, PP, PA,...) chargés de fibres de lin. La société française BAMBOO FIBERS TECHNOLOGY propose son expertise pour le co- développement de pièces techniques en matériaux composites à base de fibres de bambou. La maitrise du procédé d'extraction des fibres de bambou permet à cette société de proposer des fibres sous la marque BAMFITEC ayant des caractéristiques  supérieures aux autres types de fibres naturelles.
En plus des propriétés mécaniques, les principaux avantages de cette fibre sont : faible densité, résistance au feu, hydrophobie, imputrescibilité et antifongique. La fibre est commercialisée soit sous la forme de tissus mixtes pour la thermocompression, soit sous la forme de compound pour l'injection et l'extrusion. La société belge PROCOTEX a développé une technique innovante de recyclage de toutes sortes de fibres textiles (PP, PA, PES,...) et propose des mixtes fibres textiles/fibres naturelles sous la forme de feutres pouvant être transformés par thermocompression.
Pour la plasturgie, PROCOTEX envisage la granulation de ses produits. La société TWARON, fabricant de fibres d'aramide, propose une gamme de compound à base de fibres courtes d'aramide permettant d'améliorer les propriétés mécaniques, notamment à l'abrasion et à l'impact, des résines. Ces compounds servent déjà à la fabrication de pièces techniques en matières plastiques comme les engrenages ou les courroies de transmission.
 

Des structures composites fabriquées en une seule étape
 

La réduction du temps de production des pièces composites est un facteur important pour les industriels du composite qui sont obligés d'automatiser de plus en plus leurs procédés de transformation. Les procédés développés s'appliquent aussi bien à la réalisation de cellules de fuselage d'hélicoptère avec des stratifiés épais qu'à des pièces de grandes séries pour les secteurs de l'automobile et du bâtiment.
L'augmentation de la cadence des cycles de production est un promoteur d'innovation au niveau des procédés : Développement de compoundage pour la production de pièces en SMC, techniques de transformation des composites thermoplastiques, préformage de pièces, tressage entièrement automatisé et intégré avec une technologie RTM. La combinaison de multiples processus permet de produire des pièces composites ou des structures composites en une seule étape tout en minimisant la consommation énergétique, ce qui offre de véritables avantages économiques aux fabricants.

La société JACOB PLASTICS GROUP a développé  la technologie FIT (Fluid Injection Technology), pour la fabrication en une seule étape de structures en matériaux composites. Le procédé repose sur une seule machine qui assure les étapes de moulage, de formage et d'assemblage. La technologie fait appel à un matériau composite thermoplastique pour fabriquer en un seul cycle des structures légères et performantes avec un seul moule comme outillage.
En évitant les phases d'encollage et de soudage, le procédé FIT permet des économies d'énergie et de réduire sensiblement les coûts de production. Encore actuellement en pleine phase d'optimisation du procédé, la société envisage des applications dans le secteur de l'automobile mais également dans d'autres secteurs ou le facteur poids est prédominant. Les procédés de transformation évoluent également au niveau de la conception des outillages.
La tendance est d'aller vers un allègement des outils de moulage pour en faciliter leur manutention et donc de diminuer les temps de cycles de fabrication. La problématique est que les outils de moulage sont souvent mis à rude épreuve lors des différentes phases de fabrication durant lesquelles ils peuvent être amenés à subir des déformations thermiques et des impacts au niveau du revêtement composant la surface de moulage. Or, la qualité de la pièce dépend intégralement de la qualité de surface de l'outillage.

La société ADVANCE COMPOSITES GROUP a mis au point un moule hybride conçu avec une structure en fibres de carbone permettant de limiter les déformations sous l'effet de la température appliquée lors de la phase de moulage. Le revêtement de l'outillage est assuré par le matériau Nanovate qui est un alliage nanocristallin fer/nickel qui présente des propriétés de dureté élevées et qui, surtout, montre un comportement en dilatation thermique quasi-similaire au matériau composite à fibres de carbone composant la structure de base de l'outillage.
L'association de ces deux matériaux permet à l'outil composite d'avoir une durée de vie similaire à des moules métalliques, tout en impactant favorablement la consommation d'énergie et les déplacements de l'outillage au cours du procédé de fabrication. Une étude réalisée par la société sur les outillages utilisés pour la fabrication de pièces de fuselage d'un avion du constructeur BOEING montre que le remplacement de seulement 10% des moules métalliques par des moules conçus selon leur technologie permettrait un gain de plusieurs million d'euros à terme.
 

Des solutions en conception et en production   
 

L'innovation dans le domaine des composites est également présente lors de la conception par le développement d'outils dédiés. La société américaine VISTAGY propose le logiciel FiberSIM 2010, qui est un logiciel  permettant aux ingénieurs d’exploiter les dernières avancées dans les matériaux composites et les procédés. La solution d’ingénierie des composites de nouvelle génération de VISTAGY optimise les designs et améliore la productivité tout en préservant l’intention conceptuelle.
Le logiciel, destiné à la conception et la fabrication de structures en composites novatrices, durables et légères est basé sur les caractéristiques techniques et les dernières innovations technologiques issues des différents matériaux composites développés dans des applications industrielles. Par conséquent, FiberSIM 2010 permet à des entreprises telles que Bombardier Aerospace et Renault F1 Team de mettre sur le marché des produits optimisés en tirant totalement parti des dernières innovations dans les matériaux composites et les procédés de fabrication, sachant que le logiciel est tout à fait exploitable pour des PME.
FiberSIM 2010 offre des fonctionnalités essentielles pour optimiser les designs et augmenter la productivité tout au long du cycle de conception et de fabrication des composites, notamment en s’adaptant rapidement aux modifications conceptuelles, en prévoyant les problèmes de fabricabilité et en améliorant la communication entre les différents services liés au projet.

Au niveau du prototypage ou de la réalisation de maquettes, la société CADVISION propose les imprimantes HP Designjet 3D qui sont conçues pour les applications de bureau. Grâce à la technologie FDM de Stratasys (modélisation par dépôt de fil en fusion), l’imprimante crée des modèles avec le matériau ABSplus, qui est en moyenne 40 % plus résistant que le plastique ABS standard, ce qui fait d’elle une imprimante idéale pour tester la forme, l’ajustement et le fonctionnement des modèles et des prototypes.
L’imprimante est également équipée d’un système de retrait du support soluble de nouvelle génération (SR30), qui permet de retirer le matériel du modèle sans les mains et de rendre un modèle fonctionnel. L'imprimante est compatible avec un grand nombre de logiciels de CAO 3D. L'avantage de cette technologie permet de tester les formes, les ajustages, les fonctions et toutes les modifications faites aux dessins avec des pièces plastiques ABS fonctionnelles, résistantes et esthétiques. C'est un procédé rapide, économique intégrable en bureautique, permettant de réduire les coûts de conception et de garder une confidentialité sur les projets.

Dans un autre domaine, Heraeus Noblelight est l‘un des principaux fournisseurs de systèmes et de sources lumineuses spéciales sur le marché mondial. Les systèmes développés par le groupe Heraeus permettent l‘utilisation de la lumière dans la gamme de longueurs d‘onde de l‘ultraviolet à l‘infrarouge dans la production, notamment pour l‘industrie du composite et de l'industrie plastique. En proposant des sources lumineuses bien étudiées, Heraeus Noblelight permet à ses clients de nouveaux avantages en matière d'économie d'énergie et continue d‘ouvrir de nouvelles perspectives en matière d‘applications au niveau des matières plastiques.

La soudure de pièces plastiques, l'étirage de films ou mise en forme de bouteilles en PET, voilà des domaines d'applications où la technologie de chaleur par rayonnement infrarouge a optimisé de nombreux processus dans l'industrie des matières plastiques. Les émetteurs infrarouges sont des sources de chaleur qui peuvent être exactement adaptées au produit et à l'étape de transformation.
Des émetteurs disposés astucieusement et des formes de construction flexibles permettent de réaliser des processus thermiques également sur des pièces moulées de façon complexe, l'ébavurage de pièces moulées et le séchage de granulés. De plus, la possibilité de mettre en marche ou d'arrêter les émetteurs infrarouges en l'espace de quelques secondes assure une économie d'énergie et une réduction des coûts.

En coopération avec l'Institut Technologique de Karlsruhe (KIT), la société allemande VOTSCH Industrietechnik, spécialisée dans les systèmes de chauffage et de traitement thermique pour l'industrie, commercialise un nouveau procédé de traitement thermique par micro-onde adapté aux matériaux composites.
Le procédé permet de réduire la durée du traitement thermique, de chauffer uniquement la pièce à traiter donc de réduire la consommation d'énergie, d'avoir une répartition uniforme de la chaleur dans la pièce et d'éviter ainsi les contraintes thermiques et d'améliorer les performances mécaniques finales de la pièce car le procédé micro-onde permet d'obtenir un taux de réticulation supérieur de la résine par rapport à un procédé plus traditionnels.
La technologie permet de faire appel à des outils de moulage en inox. La société propose des journées d'essai avec les moyens humains, matériels et techniques de l'institut KIT afin de valider la solution technique au préalable.
 

En résumé
 

Le JEC Show 2011 peut se résumer en :

  • des matériaux composites plus légers, plus économiques et surtout plus respectueux de l'environnement,
  • des procédés de transformation automatisés, rapides et permettant des productions de masse,
  • des structures composites complexes et fabriquées en une seule étape,
  • le développement d'outils d'aide à la conception et à la validation,
  • l'émergence de technologies réduisant la consommation d'énergie et plus respectueuses de l'environnement.
     

Yves SCHMITT - Allizé Plasturgie Bourgogne


Pour information :

Ces informations ont été compilées à l'occasion de la mission de veille réalisée par l'auteur de cet article dans le cadre du CAPéCO Plasturgie Bourgogne.

Allizé-Plasturgie Bourgogne et la CCIR Bourgogne unissent leurs compétences pour organiser une nouvelle mission de veille sur le salon K 2013 qui se déroulera du 16 au 23 octobre 2013 à Düsseldorf. 

(Source : Plastilien Mai 2011)

 

 

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