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22 février 2019

Quelles solutions d’allègement des produits plastiques et composites ?

Le 5 mars dernier, le service Matériautech d’Allizé-Plasturgie, Plastipolis et l’Itech, se sont associés pour organiser conjointement une journée technique sur l’allègement des produits plastiques et composites. Le Tech’Day a rassemblé près de 100 participants dont des étudiants de l’école d’ingénieurs ITECH.

La démarche d’allègement n’est pas nouvelle mais elle est toujours bien prégnante dans les projets de développement des produits. Il faut dire que l’allègement est une voie pour répondre aux grands enjeux du moment. Par exemple, atteindre sans cesse la plus haute performance dans le domaine du sport ; réduire les consommations énergétiques et l’impact environnemental dans tous les secteurs et plus particulièrement dans l’automobile ; rendre les produits plus agiles quand il s’agit de robotique ; répondre aux attentes fortes du marché en termes d’optimisation du couple coûts / performance. Le défi de l’allègement oblige les concepteurs à faire preuve de créativité et à innover, en s’appuyant également sur une offre aujourd’hui large de solutions techniques.

Alliez allègement et performance avec les agents gonflants

La société Clariant Plastics & Coatings présentait leur gamme d’agents gonflants. Dans la production de composants structuraux légers, les agents d’expansion Hydrocerol® génèrent une structure de mousse cellulaire fine et uniforme à l’intérieur de la pièce, tout en maintenant une surface lisse et ce avec des temps de cycle réduits.

Cette technique a de nombreux avantages, dont :

  • Réduction du poids des pièces (5-30%)
  • Réduction des temps de cycle (5-20%)
  • Réduction des défauts
  • Amélioration de la fluidité
  • Amélioration de la stabilité dimensionnelle
  • Amélioration des propriétés mécaniques

L’agent d’expansion est soit mélangé au polymère en amont ou injecté avec le polymère. La cavité n’est que partiellement remplie avec le polymère durant la phase d’injection. L’expansion du gaz permettra de remplir le reste de la cavité. Aucune pression de maintien n’est nécessaire durant la croissance cellulaire ou la phase de refroidissement.

Au-delà des techniques conventionnelles de moussage, la technique du moussage avec ouverture du moule (procédé Core-back) permet d’obtenir des gains de poids spectaculaires pouvant aller jusqu’à 50% !

Mousses alvéolaires : allègement des pièces et réduction de l’empreinte carbone

Knauf industries est ensuite intervenu sur leurs solutions par moussage alvéolaire qui répondent aux exigences client pour des pièces techniques, apportant la légèreté liée à la structure du matériau (densité de 0,01 à 0,2) et améliorant l’empreinte carbone du produit. Les matériaux sont avant transformation sous forme de billes avec une structure alvéolaire moulées entre elles pour former une pièce. Leur composition est de 90% d’air et de 2% de matières telles que le PS, PP, PE, PS/PE…
Des exemples de substitution ont été montrés dans différents secteurs d’activités : emballage de protection, bacs logistiques, palettes, pièces automobiles avec des gains de poids supérieurs à 50%.

pièces automobiles avec le moulage alvéolaire

Réduction de poids sur des pièces automobiles avec le moulage alvéolaire. Gain de poids : 77%, Knauf Industries

Allègement dans l’automobile grâce à la substitution de matières par des polyoléfines performants

La société SABIC, via AECTRA France son distributeur en France, a développé un nouveau matériau sur base polypropylène (PP) permettant de remplacer le PA 6.6 pour des applications automobiles et répondant aux exigences définies pour les pièces sous capot moteur telles que le collecteur d’admission pour Volkswagen. Ce nouveau matériau est un compound PP homopolymère renforcé 35% fibres de verre stabilisé thermiquement (3135X SABIC® PP) qui permet de répondre aux performances mécaniques et thermiques exigées par l’application. Ce remplacement a permis de réduire de 15 à 20% la masse de la pièce par rapport aux solutions classiques à base de PA 6.6, ce qui correspond aux objectifs de réduction de la consommation de carburant et des réductions des émissions. Ce matériau PP de SABIC, disponible dans le monde entier, peut améliorer les performances tout en réduisant le coût de 25-30% de moins que les grades PA 6.6 typiques.

Conception optimisée - l’optimisation au cœur de la conception

La conception joue un rôle important dans l’allègement des pièces. SOKARIS Ingénierie spécialisée dans la conception de pièces et ensembles sollicités mécaniquement et thermiquement accompagne les industriels à concevoir une pièce en prenant en compte dès le début les critères de dimensionnement par validation numérique. Un cas d’étude sur une pièce pour support moteur en PA66 GF50 avec optimisations topologique, topographique et paramétrée pour alléger la pièce. 

Optimisation des outillages dynamiques par fabrication additive

Lemantek a exposé l’intérêt de la fabrication additive dans la réduction de masse dans le cas d’applications robotique et chaîne industrielle. Dans le cas présenté, la problématique était d’intégrer un robot de plus faible capacité sur la chaîne de production ne permettant pas de conserver l’outillage existant. L’objectif était donc la réduction de plus de 50% de la masse du préhenseur. La solution proposée a donc été la rétroconception du préhenseur pour la réalisation par Fabrication Additive FFF (Fused Filament Fabrication)

Ski Salomon Slab minim, comment associer performance et légèreté

Salomon a ensuite présenté sa démarche de développement d’un ski de randonnée ultra léger inférieur à 700g sans concession sur les performances techniques par rapport à leur ski le plus proche d’un poids de 1200g. Salomon a montré pour chaque composant du ski les matériaux utilisés pour atteindre les objectifs.


Allègement d’un protecteur pour bouteilles de gaz dans un marché où le poids est gage de résistance

Creastuce, bureau d’études spécialisé en plasturgie et éco-conception a présenté un cas de remplacement du métal par une matière plastique pour un protecteur pouvant être soumis à des contraintes de choc très importantes. L’intervention a montré sa démarche en deux temps pour obtenir au préalable la confiance du client avant de pouvoir optimiser la pièce par le calcul, la simulation et la rhéologie.


Toute l’équipe organisatrice remercie les intervenants : Clariant Plastics & Coatings, Knauf industries, Aectra Plastiques, Sabic, Sokaris Ingenierie, Lemantek, Salomon, Créastuce, Albis, Groupe SIPA, ADmajoris

Allègement de pièces automobiles

Allègement de pièces automobiles par l’intermédiaire de plastiques renforcés fibres naturelles, Admajoris

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