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Composites : osez les thermoplastiques !

Michel Le Toullec

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Les composites à matrice thermoplastique ont tout pour séduire l'automobile, le nautisme, les sports et loisirs ou le médical.

Dans la famille des composites, les thermoplastiques renforcés sont ceux qui connaissent le taux de croissance le plus fort. Et même s'ils ne représentent que 30 % du marché mondial, contre 70 % pour leurs aînés les thermodurcissables renforcés, les atouts indéniables dont ils disposent leur assurent un avenir plutôt radieux. Premièrement : en raison du caractère thermoplastique de leur matrice, ils sont adaptés au recyclage par simple refusion ainsi qu'au soudage. Deuxièmement : leur mise en oeuvre est rapide, et donc compatible avec des productions de masse. Troisièmement : les matrices thermoplastiques ne contiennent pas de composés organiques volatils et ne posent pas de problèmes particuliers lors de leur mise en oeuvre dans les ateliers.

Le marché des thermoplastiques renforcés est dominé, à hauteur de 90 %, par les produits à fibres courtes. En 2004, l'automobile représentait près de 50 % de ce marché ; l'électricité/l'électronique, 24% ; l'électroménager (16 %).

Rendez-vous annuel des composites, le JEC Composites Show, qui se tient du 5 au 7 avril, à Paris, à la porte de Versailles, sera l'occasion de découvrir les matériaux, procédés et applications les plus innovants.

Améliorer la résistance mécanique

Chez les producteurs de matériaux, la volonté est de développer des produits plus performants en termes de résistance mécanique, l'une des limites des composites thermoplastiques. Mais aussi de proposer des solutions toujours plus faciles à mettre en oeuvre chez l'utilisateur. Ainsi, la société Schappe Techniques (Charnoz, Ain) propose-t-elle des nappes unidirectionnelles vendues sous forme de rouleaux en largeur de 75 à 150 mm pour une masse surfacique de 150 à 300 g/m2. Le renfort est constitué de fibres longues de carbone dans une matrice qui peut être standard, comme du polyamide 12 ou du PBT (polybutylène téréphtalate), ou thermostable, du type PPS (sulfure de polyphénylène), polymères à cristaux liquides ou PEEK (polyétheréthercétone). « Ces nappes, destinées à une mise en oeuvre classique par thermocompression, sont utilisables directement ou sous la forme de tissus multiaxiaux », explique Xavier Giroux, chez Schappe Techniques.

De son côté, Porcher Industries (Badinières, Isère) a développé, sous le nom de gamme Pi Preg, des renforts équilibrés ou unidirectionnels - à base de fibres de verre E ou S2, de carbone ou d'aramide - imprégnés de polyamide 12, de polyuréthanne, de PEEK, de PPS ou de PEI (polyétherimide). D'un point de vue pratique, l'association plastique/renfort et le taux d'imprégnation sont adaptés au besoin du client. La gamme Pi Preg compte aussi des plaques thermoplastiques consolidées à base de renforts (en verre, carbone ou aramide) adaptées au procédé de thermoformage. À noter que Porcher Industries est en contact avec l'entreprise savoyarde RocTool, pour son procédé de mise en oeuvre rapide Cage System (voir encadré ci-dessus).

Des structures 3D

Autre forme de composite thermoplastique, tridimensionnelle cette fois : les tresses de la société Favier TPL (Bertignat, Puy-de-Dôme) contiennent le renfort et la matrice. En partenariat avec Schappe Techniques, l'entreprise a conçu des produits à base de verre et de PEEK. Il s'agit de tresses tubulaires produites à partir de fil de verre craqué mélangé au polymère. Rapide à mettre en oeuvre par simple chauffage, ces composites s'adressent aux applications des tresses à base de carbone. Avec un avantage de taille : un moindre coût.

Chez Saint-Gobain Technical Fabrics, l'innovation majeure est le renfort Multimat-Lite à haut pouvoir gonflant destiné à des applications en moule fermé. Ce renfort est constitué d'une âme légère en verre/polyéthylène tricotée prise en sandwich entre du verre coupé et piqué. Le producteur destine ce type de renfort au secteur de l'automobile, mais aussi aux fabricants de cuves et autres canalisations.

Les structures en nid-d'abeilles font, quant à elles, partie des formes les plus abouties des composites thermoplastiques. Qu'on en juge : le Nidapan, de Nidaplast Honeycombs (Thiant, Nord) est un composite extrudé en polyprolylène renforcé, constitué d'alvéoles hexagonales prises en sandwich entre deux grilles en thermoplastique/fibres de verre et deux couches de non-tissé ! « Ce demi-produit se présente sous la forme de panneaux de 2 500 x 1 200 mm et d'épaisseurs standards comprises entre 10 et 28 mm », indique Pierre Macé, ingénieur chez Nidaplast. La mise en forme se fait par simple chauffage à partir de 100 °C. Les nids-d'abeilles Nidapan ont été conçus pour la réalisation de panneaux (sols, murs) destinés à la marine, le bâtiment et l'équipement industriel.

Des productions remarquées

Plusieurs applications originales des composites thermoplastiques seront également présentes au JEC Composites Show, dont certaines font partie des gagnants des Awards remis chaque année au salon. Ainsi, la société TSL Sport Equipment (Alex, Haute-Savoie) a-t-elle été distinguée pour son brancard Franco Garda, développé avec Saint-Gobain Vetrotex, Comitech et la Chamoniarde de secours en montagne. Destiné au sauvetage en haute montagne ou au canyoning, il est fabriqué par moulage sous vide en composite Twintex, de Vetrotex. Le concept a notamment été récompensé pour ses possibilités de démontage en trois parties, ses caractéristiques de glisse et sa grande rigidité, assurant un confort relatif au blessé. Saint-Gobain Vetrotex a, par ailleurs, collaboré avec des chercheurs et un industriel portugais sur une combinaison originale de composites thermoplastiques et de métal. Il s'agit d'une peau métallique revêtue d'un thermoplastique renforcé appliqué par enroulement filamentaire. Ce concept pourrait intéresser les fabricants de réservoirs de stockage ou de canalisations.

Autre primé au JEC 2005: un polypropylène renforcé de fibres naturelles d'abaca, développé pour des applications automobiles par l'équipementier suisse Rieter, le constructeur DaimlerChrysler et la société Manila Cordage (Philippines). Les partenaires ont réussi à conserver la longueur de la fibre, et à bien la répartir au sein de la matrice thermoplastique.

Toujours dans l'automobile, Peguform (Saint-Marcel, Eure) a fait partie des finalistes aux Awards pour le Sandwiform, appliqué à la production du plancher de coffre de la Jeep Grand Cherokee MY 2005. Cet élément est constitué de peaux en polypropylène renforcé de fibres de verre et d'une âme en nid-d'abeilles en polypropylène. « Ce plancher de coffre est produit aux États-Unis, chez Venture Industrie, par thermocompression en une seule étape, en une minute environ. En France, nous produisons à partir du Sandwiform le plancher du véhicule sans permis Microcar MC1 », indique Thierry Renault, directeur recherche et innovation chez Peguform.

Et des prototypes

Dans un tout autre domaine, la société suisse Icotec (Altstätten) présente les premiers prototypes de ressorts produits par la technologie CFM, composite flow molding. Il s'agit de pièces en PEEK renforcé de fibres continues de verre ou de carbone. Ces ressorts combinent une grande tenue en fatigue et à la corrosion avec de bonnes propriétés d'amortissement. Icotec les destine aux secteurs de l'industrie exposés aux produits chimiques et autres substances agressives : chimie, agroalimentaire, aéronautique... La société suisse développe aussi des applications médicales pour ses composites thermoplastiques, notamment des implants pour l'ostéosynthèse ou la chirurgie de la colonne vertébrale.

LE CHAUFFAGE PAR INDUCTION MONTE EN PUISSANCE

- Présenté au JEC 2004, le procédé Cage System de la société RocTool (Le Bourget-du-Lac, Savoie) est réellement monté en puissance en 2005. Le principe est basé sur l'induction qui assure un chauffage instantané de la surface du moule. La société a signé des contrats d'exclusivité dans deux domaines : > avec un producteur de plastiques pour la production de pièces de carrosserie de classe A en composite thermoplastique (comme alternative au métal ou au SMC) ; > avec un producteur de chaussures de sport pour la fabrication de semelles en composite thermoplastique. RocTool travaille, par ailleurs, avec un sous-traitant automobile sur l'adaptation du Cage System au moulage par injection de planches de bord en polypropylène renforcé.

DES FORMULATIONS TRÈS VARIÉES Plusieurs nouveaux types de composites thermoplastiques sont disponibles. Ils facilitent la mise en oeuvre chez l'utilisateur.

Nappe UD de Schappe Techniques - Matériaux : carbone/PA, PBT, PPS, LCP, PEEK > Applications : sports et loisirs, aéronautique, automobile, médical

Nid-d'abeilles Nidapan de Nidaplast Honeycombs - Matériaux : verre/PP > Applications : BTP, transports, nautisme

Tresse tubulaire de Favier TPL - Matériaux : verre, carbone/PEEK > Applications : médical, aéronautique, sports et loisirs, automobile

Renfort Pi-Preg de Porcher Industries - Matériaux : verre, carbone, aramide/PEEK, PPS, PEI, PA, TPU > Applications : aéronautique, médical, chimie, sports et loisirs

DES APPLICATIONS DE POINTE

Dans l'automobile - Plancher du coffre de la Jeep Grand Cherokee MY 2005 en sandwich thermoplastique Sandwiform de la société Peguform, fabriqué aux États-Unis par la société Venture.

Dans le médical - Modélisation d'un insert pour chirurgie de la colonne vertébrale produit par la société suisse Icotec, par le procédé CFM (composite flow molding) en PEEK/fibres longues de carbone.

Dans les sports et loisirs - Lauréat des Awards au JEC 2005, le brancard Franco Garda de TSL Sport Equipement est fabriqué par moulage sous vide, à partir du composite thermoplastique Twintex de Saint-Gobain Vetrotex.

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