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Des composites sandwiches thermoplastiques moulés par injection en une seule étape

News International-French

1 Mar 2016

Fraunhofer LBF développe un processus de moulage par injection: composants sandwich en matériau composite à fibres aux fonctionnalités extrêmement résistantes.

Les thermoplastiques renforcés par fibres continues s'imposent de plus en plus dans les domaines d'application des matériaux métalliques isotropes et des composites fibres-plastique. L'une des causes est l'offre croissante en matière de produits semi-finis thermoplastiques à matrice fibreuse, comme par exemple les tôles organiques et les rubans unidirectionnels (rubans UD). Lors de l'utilisation de thermoplastiques renforcés par fibres continues, les fabricants de composants profitent de leurs propriétés mécaniques élevées spécifiques au poids. Hormis les avantages par rapport aux composites fibres-plastiques duroplastiques en ce qui concerne l'hygiène de travail, et les capacités de stockage et de recyclage, ils profitent surtout des courtes durées des cycles de traitement et des possibilités de transformation simples; par exemple grâce au soudage, au thermoformage ou au surmoulage.

Cependant, malgré le potentiel de légèreté de construction des thermoplastiques renforcés par fibres continues, il a été difficile jusqu'à présent d'utiliser cette classe de matériaux avec des fonctions intégrées ou des nervurages dans des domaines d'application sensibles aux coûts. Ceci est dû au fait que les technologies de fabrication établies utilisent fréquemment des produits semi-finis à matrice fibreuse à paroi épaisse, ce qui engendre des coûts élevés pour les matériaux. La qualité d'assemblage des fonctionnalités et des nervurages, qui sont uniquement pulvérisés sur le produit semi-fini à matrice fibreuse chaud, constitue un autre désavantage.

Le Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF (institut pour la solidité de fonctionnement et la fiabilité des systèmes) a désormais développé un nouveau processus de moulage par injection qui permet de contourner ces inconvénients. Cela permet de fabriquer en une seule étape de processus un composite sandwich thermoplastique renforcé par des fibres continues, avec des fonctionnalités et des nervurages intégrés. Les avantages de cette technologie concernent les coûts matériels faibles tout en garantissant une capacité de résistante élevée des pièces, ainsi que la qualité d'attache améliorée des fonctionnalités, car celles-ci sont reliées au noyau de manière homogène. De plus, il s'agit d'un processus de fabrication économique, car les durées des cycles nécessaires pour la production d'un tel composite sandwich fonctionnalisé sont très faibles. C'est pourquoi le processus est particulièrement bien adapté à la fabrication de grandes séries de composants.

Élimination des défauts de la technologie «Overmolding»
Depuis quelques années, de nouveaux processus sont développés. Ceux-ci associent le façonnage de tôles organiques par des thermoformages à la mise en place de fonctionnalités et de nervurages. Pour cela, les nervurages sont projetés sur la tôle organique chaude dans le moule d'injection (technologie «Overmolding»). Le désavantage, c'est qu'il faut souvent utiliser des produits semi-finis à matrice fibreuse, ce qui engendre des coûts matériels élevés. De plus, les structures injectées constituent un joint d’assemblage dont la connexion à la tôle organique constitue un possible point faible.

La technologie développée à l'Institut Fraunhofer LBF contourne les deux défauts de cette technologie «Overmolding». Elle se base sur un processus de moulage par injection lors duquel des produits semi-finis à matrice fibreuse aux parois très fines, et donc économiques, sont disposés sur les bords (fortement sollicités lors de la flexion) d'un composite fibre-plastique thermoplastique. Le noyau peu sollicité est rempli par la masse thermoplastique fondue qui façonne également en une étape de processus les fonctionnalités et les nervurages à la surface du composant sandwich. Pour cela, ceux-ci sont formés de manière homogène à partir du noyau et via les couches de finition, sans créer de joint d'assemblage.

À propos du département des matières plastiques de l'institut Fraunhofer LBF
Grâce au département de recherche sur les matières plastiques, issu du Deutsches Kunststoff Institut DKI (institut allemand des matières plastiques), l'institut Fraunhofer LBF accompagne et assiste ses clients durant l'ensemble de la chaîne de création de valeur, de la synthèse de polymères au matériau, de son traitement et du design du produit jusqu'à la qualification et au fichage de systèmes de construction légers et complexes ayant trait à la sécurité. Le département de recherche est spécialisé dans la gestion de processus complets de développement et conseille ses clients durant toutes les étapes du développement. Les thermoplastiques et composites haute-performance, les duromères, les composites duromères et les assemblages duromères, ainsi que les élastomères thermoplastiques jouent un rôle primordial. Le département des matières plastiques est un centre de compétences spécialisé pour les questions liées à l'additivation, à la formulation et aux hybrides. Un savoir-faire global existe pour l'analyse et la caractérisation de matières plastiques et leur modification durant le traitement, ainsi que pour le développement de méthodes de processus à très haute résolution temporelle pour les matières plastiques.

Plus d'informations: www.lbf.fraunhofer.de