27
avril
2017
Bloomoon, société de conseil en stratégie et pilotage opérationnel de l’innovation, s’intéresse aux nouvelles technologies permettant d’innover. Notre consultant senior Johan Saba, spécialisé dans les innovations de matériaux, vous propose ainsi de découvrir les grandes tendances et drivers des thermoplastiques.
Avec une production qui va croître de manière exponentielle sur les dix prochaines années, les composites thermoplastiques vont devenir un matériau incontournable des innovations technologiques de demain. Mais savez-vous comment sont constitués ces matériaux et quelles sont leurs qualités ?
Un matériau composite est une combinaison de deux matériaux ou plus (renforts, matrice), qui diffère en forme ou composition.
Un matériau composite comprend :
- Une matrice : interconnectée dans le matériau composite et entourant le renfort,
- Un renfort : dispersé dans le matériau composite sous forme de particules ou de fibres.
Concernant les matrices, il en existe 3 grandes familles : les matrices organiques, métalliques et céramiques.
Parmi les composites à matrice organique, il existe 2 types : les thermoplastiques et les thermodurcissables.
Le choix de la matière dépend donc des caractéristiques recherchées sur pièce. Un polymère thermoplastique est un matériau macromoléculaire dont la caractéristique principale est sa capacité à passer d’un état solide à liquide de manière réversible par apport de chaleur. A l’inverse, un polymère thermodurcissable, une fois polymérisé par la chaleur, devient solide de manière irréversible.
Les matières thermoplastiques se mettent en forme principalement par injection alors que celles thermodurcissables sont transformées par un procédé dit « de compression » ou de « compression transfert ».
Trois catégories thermoplastiques sont distinguées :
- Plastiques hautes performances
- Plastiques techniques
- Plastiques standards
Les plastiques hautes performances sont une classe de polymères qui diffère des plastiques standards et des plastiques techniques, principalement par leur température et leur stabilité chimique, leurs propriétés mécaniques, mais aussi par les quantités produites et leurs prix.
La plupart des thermoplastiques utilisés dans les matériaux composites sont des plastiques de haute performance ou d'ingénierie.
Suite à une amélioration significative de l’efficacité des procédés sur les coûts, les thermoplastiques renforcés apparaissent maintenant comme les matériaux à la pointe sur le marché des matières premières pour l’aérospatial. Contrairement aux thermodurcissables, les thermoplastiques n'ont pas besoin de se réticuler (durcir). Ces polymères se forment facilement sous la chaleur et durcissent à des vitesses beaucoup plus rapides que les thermodurcissables) lorsqu'ils sont refroidis. En outre, ils conservent leur plasticité, c'est-à-dire qu'ils se fondent et peuvent être remodelés en les réchauffant au-dessus de leurs températures de traitement. Cette caractéristique offre de nombreuses possibilités pour des techniques de traitement composites plus rapides et plus innovantes par rapport à leurs homologues thermodurcissables.
Même si les composites à matrice thermoplastique sont de plus en plus utilisés, ils restent encore moins représentatifs par rapport aux composites à matrice thermodurcissable.
En effet, le chiffre d’affaires total des composites à base de fibres de carbone en 2014 était de 16,6 milliards US $, dont 10,6 milliards US $ pour les matrices polymères. Les composites à base de matrice polymère représentaient 64% du chiffre d'affaires total. Les plastiques thermodurcissables continuent d'être la matrice polymère la plus couramment utilisée pour la fibre de carbone.
Compte tenu des nombreux matériaux composites à base de thermoplastiques utilisés dans l’industrie aérospatiale aujourd'hui, il est évident que beaucoup de progrès ont déjà été réalisés. Sur la seule base des applications existantes, il est prévu que le tonnage de ces matériaux augmentera de 200 à 300 % au cours de la prochaine décennie, prenant ainsi des parts de marché aux métaux et aux composites thermodurcissables.
Cependant, des difficultés subsistent notamment pour la fabrication de formes complexes avec des composites thermoplastiques à fibres longues. Pour les composites de structures à base de PEEK et PEKK, le coût en matières premières est significativement plus élevé que ceux à base de thermodurcissables comme les matrices époxy. De plus, les exigences en termes d’outillage et de température de mise en forme ajoutent des contraintes. Malgré le développement de technique de moulage par compression continue, les géométries complexes restent limitées.
Le placement automatisé des fibres est une alternative qui permet l’obtention de composite aux formes complexes et épaisseurs variables.
Enfin, les progrès dans le thermoformage, soudage et collage ouvrent de nouvelles opportunités aux composites à base de thermoplastiques.
Vous souhaitez en apprendre davantage sur les matériaux composites et leur potentiel d’innovation pour votre entreprise ? Les consultants de Bloomoon sont à votre entière disposition.
Johan Saba
Consultant Senior au sein de BLOOMOON, Johan Saba a occupé des postes d’ingénieur R&D et ingénieur projets au sein de grands groupes des secteurs de la chimie, de la plasturgie et de la cosmétique. Johan Saba est ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie et Physique de Bordeaux et docteur de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan.
