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18 septembre 2019

Innovation et tendances dans les composites : retour sur le salon JEC WORLD 2019

Le salon JEC World, qui s’est déroulé du 12 au 14 mars 2019 à Paris, est le salon international incontournable présentant les dernières innovations et tendances dans les matériaux composites pour l’ensemble de la filière. Pour cette édition, le salon a rassemblé plus de 1300 exposants avec près de 43 000 participants. Le JEC World 2019 est un salon très dense localisé dans deux grands halls mais avec des exposants présentant de nombreuses pièces composites et des zones dédiées par applications (automobile, aéronautique, construction, sports et loisirs…).

Depuis trois ans, le service Matériautech d’Allizé-Plasturgie met en place une mission de veille sur le salon JEC. Cette année, le service Matériautech s’est associé au pôle de compétitivité Plastipolis avec l’objectif de mettre en évidence les dernières tendances et les innovations matières et process dans le secteur des composites. Un webinaire a été également organisé à destination des industriels rassemblant près de 130 participants. Une rediffusion est disponible dans l’espace adhérent du site internet d’Allizé-Plasturgie.

Cette mission de veille a permis de confirmer les dernières grandes tendances dans le secteur des composites. Tout d’abord, l’atout incontestable du gain de poids qui était largement mis en avant par les fournisseurs de matières. Pour les transformateurs, le gain de poids n’est pas le seul atout, les composites leur permettent également une rationalisation du nombre de pièces par rapport aux solutions conventionnelles en métal. Autre sujet récurrent, l’amélioration des cadences qui est depuis plusieurs années une réalité dans les secteurs de l’aéronautique mais également dans l’automobile pour des applications semi-structurelles. Le principal enjeu aujourd’hui est la réduction des coûts des matières premières et notamment de la fibre de carbone. Un autre axe est la fonctionnalisation des composites permettant d’intégrer des fonctions que d’autres matériaux ne parviennent pas, notamment par l’ajout d’additifs spécifiques ou par l’intégration de composants électroniques.

Les réglementations environnementales poussent aujourd’hui de nombreux secteurs d’activités à réduire leur impact sur l’environnement notamment via la réduction des consommations énergétiques, en carburant et des émissions de gaz à effets de serre. Quel que soit le secteur d’activité observé sur le salon (aéronautique, automobile, bâtiment…), les industriels concentrent leurs efforts sur des matériaux permettant de réduire l’impact environnemental en mettant en avant par exemple le recyclage ou l’utilisation de matériaux biocomposites.

Les composites thermoplastiques au service de l’allègement

Le salon JEC2019 a confirmé la part de plus en plus importante des composites thermoplastiques qui atteint en 40% en 2018 (Source JEC). Les composites thermoplastiques offrent un avantage face aux matériaux métalliques : résistance à la corrosion, allégement, assemblage, liberté de forme et peuvent être selon l’application une alternative aux composites thermodurcissables qui sont difficiles notamment à assembler ou à recycler.

Arkema présentait notamment leur matériau Elium®, résine thermoplastique liquide recyclable qui peut être transformée sur les technologies similaires aux thermodurs et qui vise notamment les pièces de grande dimension. Cette résine permet de surmouler par injection traditionnelle une résine thermoplastique similaire. Un des principaux avantages par rapport au thermodur est la recyclabilité, Arkema a mis au point le procédé de recyclage de la résine Elium® via le procédé dépolymérisation. Après le broyage des pièces à recycler, l’Elium® est dépolymérisée à chaud. Elle est récupérée et purifiée, afin de redevenir une résine aux caractéristiques identiques à celles de la résine vierge. Il est également possible de réutiliser les fibres de carbone ou de verre restantes après le processus.

Différents fournisseurs ont montré leurs derniers développements : INEOS développe des composites thermoplastiques base styrènique (Stylight) qui permettent d’augmenter les propriétés mécaniques tout en améliorant les propriétés d’aspect. Ils présentaient leur nouveau composite base polypropylène. Krauss Maffei et Lanxess présentaient conjointement des applications hybrides associant un organosheet et un surmoulage par injection pour des pièces automobiles.

PP LGF30 + PP organosheet / Kraussmaffei / Lanxess Pièce composite esthétique avec Stylight, INEOS

1ère photo : PP LGF30 + PP organosheet / Kraussmaffei / Lanxess
2e photo : Pièce composite esthétique avec Stylight, INEOS

Pure présentait leur composite 100% thermoplastique sur base polypropylène (PP) associant la faible densité du PP et les performances aux chocs exceptionnelles du composite.

Composite 100%PP, Pure

Composite 100%PP, Pure

Les composites thermoplastiques permettent également d’utiliser des matériaux hautes performance tels que le PEEK notamment pour l’aéronautique. Sintex NP présentait un surmoulage hybride pour une trappe carburant permettant l’intégration de fonctions en un seul cycle.

Chassis fenêtre PEEK via le procédé QSP / CETIM Trappe carburant surmoulage hybride PEEK Sintex NP

1ère photo : Chassis fenêtre PEEK via le procédé QSP / CETIM
2e photo : Trappe carburant surmoulage hybride PEEK Sintex NP

Fonctionnalisation des composites

L’enjeu des matériaux composites est de répondre à des cahiers des charges de plus en plus complexes et donc d’intégrer dans un seul matériau de multiples fonctions. De nombreuses applications fonctionnelles abordaient la tendance des véhicules électriques, autonomes et connectés qui implique une adaptation des matériaux utilisés. Un critère évident est l’autonomie des batteries en utilisant des matériaux légers. L’augmentation de composants électroniques et électriques ainsi que la tension des batteries engendrent une augmentation des risques d’incendie lors de défauts techniques, d’où la nécessité de répondre à des contraintes telles que la tenue aux hautes tensions, en haute température et une excellente résistance au feu. Plusieurs fournisseurs présentaient leurs dernières innovations tels que Huntsman ou Hexion. Ce dernier développe des résines phénoliques spécialement conçues pour la résistance au feu et à la chaleur dans les enveloppes de batterie pour véhicules électriques. Ces matériaux sont plus légers que l’aluminium pour les performances mécaniques requises et respectent les normes feu ECE R100 et GB/T 31467.3. Les avantages de ces résines sont également une plus grande liberté de design, une meilleure résistance à la corrosion, la possibilité d’être peinte pour améliorer l’esthétique. Les résines phénoliques développées par Hexion possèdent un taux de formaldéhyde plus faible et sont compatibles avec la technologie SMC et autorise des temps de cuissons de 2 minutes et ainsi répondre aux cadences automobiles.

Capot batterie, Huntsman Capot de batterie réalisé par SMC, Hexion

1ère photo : Capot batterie, Huntsman
2e photo : Capot de batterie réalisé par SMC, Hexion

Huntsman développe des nouveaux thermodurs avec une tenue au feu améliorée notamment pour des applications intérieures cockpit adaptées aux procédés RTM, infusion et pultrusion. Ces matières répondent aux spécifications feu/fumée aéronautique FAR 25.853.

Structure siège cockpit, Huntsman

Structure siège cockpit, Huntsman

En prévision de la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile, différents fournisseurs proposaient des solutions composites adaptées à ce type d’application. Le transfert de données sera 100 fois plus rapide que la 4G, avec un temps de latence de l’ordre de la milliseconde. Porcher Industries exposait un radome 5G avec des performances adaptées : une faible permittivité, une constante diélectrique et une perte de tangente encore plus faible que pour les applications radomes classiques. Lincore présentait également une application radome en utilisant des composites avec de la fibre de lin qui offre une meilleure transparence aux ondes EM (efficacité optimale dans la transmission du signal).

Radome 5G, Porcher Industries Radome biocomposites lin Lincore

1ère photo : Radome 5G, Porcher Industries
2e photo : Radome biocomposites lin Lincore

Coté électronique Rockwood Composites proposait une alternative aux faisceaux de câbles en intégrant des circuits imprimés flexibles sur des pièces composites. Le centre technique IPC présentait en partenariat avec le CEA une application électronique en intégrant des capteurs d’usure ou une jauge de déformation sur le composite notamment pour la détection d’impacts sur une pale d’éolienne d’1 m.

alternatives aux faisceaux de câbles, Rockwood Composites

Alternatives aux faisceaux de câbles, Rockwood Composites

Les biocomposites

Une des tendances observées sur le salon est l’utilisation de fibres biosourcées en substitution des fibres de carbone ou verre afin de réduire les consommations de ressources non renouvelables et ainsi réduire l’impact environnemental. L’intérêt n’est pas seulement écologique, il permet d’apporter des propriétés spécifiques (biodégradabilité, amortissement, gain de poids…) selon le type d’application. Les principales fibres mises en avant étaient le lin, le chanvre et le bambou. Faurecia présentait leur solution en injection utilisant un PP renforcé fibres de chanvre avec expansion chimique permettant des gains de poids significatifs. La fibre de lin est également très présente également pour des applications automobiles avec Lincore. Le centre de recherche Fraunhofer a développé un composite biosourcé dont la matrice et les fibres sont sur base PLA permettant d’être recyclable, biodégradable industriellement et avec des performances mécaniques similaires aux composites PP.

Composite base PLA, Fraunhofer

Composite base PLA, Fraunhofer

Amélioration des cadences de production

La réduction des temps de cycle était un sujet récurrent chez les fournisseurs matières et constructeurs machines. Coté process, la technologie SMC (sheet molding compression) est très présente pour des applications grande séries principalement sur base fibres de verre.

Application mass market en SMC, Faurecia

Application mass market en SMC, Faurecia

Plusieurs applications démontraient également le potentiel de la technologie HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding) permettant un excellent compromis entre productivité, aspect de surface et performance. Les fournisseurs matières présentaient des thermodurs permettant une réduction des temps de réticulation. Par exemple, Huntsman développait des systèmes époxy pour le procédé HP-RTM avec des temps de réticulation de 2 min à 115°C et 30 s à 140°C.

Pièce automobile en HP-RTM, Huntsman

Pièce automobile en HP-RTM, Huntsman

Coté thermoplastique la technologie T-RTM Réactif (RTM Thermoplastiques) permet une imprégnation du tissu par un monomère avec une Polymérisation in situ permettant de se passer de l’étape de fabrication du semi-produit. Il est ensuite possible de surmouler par un thermoplastique pour la fonctionnalisation. De nombreuses sociétés telles que EMI, Protoform Bourgogne présentaient le procédé de surmoulage hybride permettant de mettre en forme une feuille pré-imprégnée en composite thermoplastique et ensuite de surmouler par injection une résine thermoplastique KraussMaffei présentait un nouveau procédé de fabrication de structures sandwich utilisant des organosheet base PA66 et l’injection MuCell® d’un thermoplastique recyclé. Cette technologie en un seul cycle permet une complexité de forme en réduisant les couts et permettant les variations d’épaisseurs.

Structure sandwich réalisée par KraussMaffei

Structure sandwich réalisée par KraussMaffei

La Fabrication additive au service des composites

La fabrication additive a plusieurs atouts pour le secteur des composites, soit pour la fabrication directe de prototypes, de pièces finales ou la fabrication indirecte comme la réalisation de moules pour la transformation des composites Hexcel présentait des pièces produites en PEKK renforcé fibres de carbone à partir la technologie d’impression 3D base poudre SLS (Frittage de poudres laser) permettant de réalisation des géométries de pièces complexes à des couts moins importants que le métal. Concernant la technologie dépôt de fil (FFF : Fused Filament Fabrication), de nombreuses solutions étaient présentées associant différents thermoplastiques (PP, PA…) renforcés avec différents types de fibres (verre, carbone) permettant la fabrication de pièces fonctionnelles. Plusieurs fournisseurs exposaient des pièces en FFF : Owens Corning, Lehmann&Voss, Elanplast ID...

Pièces imprimées par SLS en PEKK HexPEKK

Pièces imprimées par SLS en PEKK HexPEKK™

La principale innovation présentée sur le salon était l’impression 3D de fibres continues mise en avant par deux fabricants : Continuous Fibre 3D Printing et Arevo. Stratasys présentait une nouvelle fois leurs solutions pour la réalisation de moules pour la transformation des composites imprimés avec la technologie FDM (Fused Deposition Modeling) utilisant des thermoplastiques haute performance comme le PEI. Cette solution innovante permet de réduire les délais d’exécution des prototypes et des économies par rapport aux technologies d’usinage traditionnel.

Outillage réalisé en FDM, Stratasys

Outillage réalisé en FDM, Stratasys

Plusieurs acteurs présentaient également des solutions pour l’impression 3D grande dimension notamment avec Thermwood qui a développé des machines ayant la capacité de 3 m x 3 m x 1,5 m.

Impression 3d grande dimension, Thermwood

Impression 3d grande dimension, Thermwood

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