Nouveau procédé type LCM pour la réalisation de pièces composites à base thermoplastique haute fluidité à coût adapté aux marchés de moyenne à grande série. – TAPAS

Les performances atteignables via l’utilisation de matériaux composites à renfort continu sont acquises et classiquement démontrées. Parmi ces composites, il est reconnu que l’utilisation de matrices thermoplastiques représente un atout majeur de part leur impact environnemental réduit, (absence de VOC et solvants) et leur bonne tenue au crash (ductilité intrinsèque). Cependant, l’incapacité de fabriquer dans des conditions économiquement viables des pièces de géométrie complexe limite très fortement l’utilisation de ces matériaux composites dans les applications de moyenne à grande série. L’objectif du Projet est de développer de nouvelles voies matériaux/procédés pour la réalisation de pièces composites renfort continu et matrice thermoplastique pour les marchés comme l’automobile ; ceci également répond à la demande croissante d’allègement des structures devenue nécessaire en raison de l’évolution des réglementations environnementales et de dépendance énergétique. Cet allègement requiert le développement de pièces ou ensemble de pièces à hautes performances, compatible avec les exigences de coût et de cadence d’une production de masse. Les composites thermoplastiques sont une réponse technologique à ce besoin, mais divers verrous doivent être levés afin de pouvoir envisager ce type de matériau. Ainsi, il n’existe pas à l’heure actuelle d’ensemble cohérent (complet) de matières satisfaisant aux exigences de mise en forme/ performance/ coût.
Parmi les procédés de fabrication de structures composites, la consolidation en moule sous faible pression (Liquid Composite Molding) présente un intérêt majeur au niveau de la réalisation de pièces de géométrie complexe (surfaces non développables) avec possibilité d’intégration de fonctions. Le développement très récent de nouveaux polymères thermoplastiques à faible viscosité en fondu (base Polyamide) rend possible l’accès à ces nouvelles voies de procédé, mais un certain nombre de verrous sont à lever au niveau du matériau consolidé ainsi que des pièces moulées. C’est le cas de la maîtrise des transferts thermiques couplés avec l’imprégnation (à débit élevé) par rapport à une structure de renfort donnée (préforme déformable à perméabilité variable), ainsi que la gestion de la cristallisation au sein de la préfrome fibreuse (renfort) et des contraintes résiduelles induites (retraits thermique et de cristallisation).
Le Projet s’inscrit dans cette démarche, et sa complexité ainsi que son caractère de rupture technologique nécessite le recours une collaboration étroite entre des compétences industrielles (Grands Groupes et PME) et académiques reconnues dans leur domaine. Nous nous attacherons ainsi à :
- développer des matières amont adaptées (polymères et renforts compatibles, très faible viscosité, haute mouillabilité,
cristallinité modulée …) ;
- optimiser les conditions de mise en œuvre (type LCM) à l’échelle labo via un moule instrumenté de
géométrie simple (plaque) dans un premier temps ;
- développer une base de modélisation procédé et simulation ;
- valider les modèles sur une pièce fonctionnelle réelle (géométrie 3D) qui sera simulée puis réalisée à
l’aide d’un dispositif LCM à concevoir ;
- optimiser les performances techniques et économiques du procédé développé (bilan coût, analyse du
cycle de vie, aspect recyclabilité …).
La complémentarité des partenaires impliqués dans ce consortium doit permettre de réaliser la rupture scientifique et technologique nécessaire afin de conforter la position de la France dans le domaine des composites en lui ouvrant la voie de marchés de moyenne /grande série.