Chimie et procédés indissociables pour les composites

Par Frédéric Lortie

La thématique « Composites Structuraux et Fonctionnels » animée au sein de l’IMP s’inscrit dans les compétences et expertises reconnues de notre unité dans le domaine de la chimie et de la physico-chimie des matrices thermodurcissables (TD) (époxy, polyesters insaturés, polyuréthane, bismaleimide) et thermoplastiques (TP) (polyesters, polyamides, PEEK, …), qu’elles soient d’origine pétrochimique ou bio-sourcées. Les recherches menées couvrent l’étude i) des mécanismes et des cinétiques de polymérisation de mélanges réactifs, ii) des propriétés physico-chimiques de ces mélanges en cours de polymérisation (chimio-rhéologie notamment), iii) de la thermodynamique des mélanges et des suspensions permettant de maîtriser les interfaces et interphases, et enfin, iv) des propriétés des matériaux résultants (mécaniques, électriques, transport…). A partir de cette expertise, l’IMP a développé des stratégies pour élaborer i) des formulations ou semi-produits, précurseurs de matrices de composite, multiphasées et/ou hybrides, organisées à différentes échelles (nano, micro) et à propriétés améliorées (tolérance aux dommages…), ii) des formulations d’ensimage afin d’optimiser la qualité de l’interface fibre/matrice et/ou pour conférer un caractère stimulable à cette dernière (en vue par exemple du recyclage ou de l’auto-réparation du matériau composite).

Les caractéristiques et contraintes (temps de cycle, viscosité, thermique…) du procédé de mise en œuvre du composite final (LCM, SMC/BMC, estampage, enroulement filamentaire …) sont prises en compte à toutes les étapes du développement de ces matrices. Nous possédons donc des moyens de transformation permettant de valider, à l’échelle laboratoire, la pertinence et la compatibilité de nos matrices vis-à-vis des procédés et de fabriquer des échantillons de matériaux composites afin d’étudier leurs propriétés.

Le laboratoire dispose ainsi des équipements suivants :

– un mini-système automatisé permettant d’ensimer des fibres ou des rubans et selon une configuration reproduisant les conditions industrielles,

– un banc d’imprégnation plein-bain permettant de fabriquer des semi-produits réactifs ou non-réactifs,

– un moule (pouvant être équipé de capteurs (pression, diélectrique…)) et une presse pour polymériser et mettre en forme des semi-produits SMC,

– un banc d’infusion,

– un ensemble d’injection RTM composé i) d’une machine d’injection basse-pression à 2 pots de transfert, pouvant chauffer le système réactif jusqu’à 150°C et ainsi permettre d’inclure la transformation de précurseurs initialement solides à température ambiante, ii) d’un moule léger en aluminium, pouvant être instrumenté par des capteurs et de taille d’entrefer ajustable (2 à 6 mm), iii) d’une presse à membrane (max. 10 bars), permettant de chauffer jusqu’à 200°C selon des cycles programmables et équipée d’une vanne à pincement anti-retour.

Figure 1 : Ensemble d’injection RTM