Les différences entre les thermodurcissables renforcés et les thermoplastiques renforcés sont importantes lorsqu'il s'agit de sélectionner les matériaux pour les procédés de fabrication de composites. Dans son rôle de directeur du soutien technique chez Composites One, ‘’Neil Smith’’ aide les clients à comprendre comment choisir les bonnes options de processus et de matériaux pour leurs applications finales.

La différence la plus importante dans la décision d'utiliser des thermodurcissables ou des thermoplastiques dans la fabrication de composites réside dans la technique de traitement et les exigences en matière de volume de production.

Les résines thermodurcissables telles que l'époxy, le vinylester et le polyester conviennent bien à un large éventail d'applications, tandis que les thermoplastiques desservent un marché de fabrication de composites à plus grand volume qui peut justifier les dépenses en immobilisations requises pour l'outillage et l'équipement à haute température. 

« Les thermoplastiques sont traités à des températures si élevées que même les exigences de traitement à la température la plus basse pour un thermoplastique renforcé de type de produit sont généralement beaucoup plus élevées que celles requises pour traiter les températures les plus élevées possibles par le préimprégné thermodurcissable », explique ‘’Neil Smith’’

Il existe différentes qualités de thermoplastiques en fonction de leur aptitude à la transformation, et il existe généralement une corrélation entre la température à laquelle les matériaux sont traités et la température à laquelle ils peuvent fonctionner dans les applications finales.

Les thermoplastiques industriels/commerciaux, tels que les plastiques PVC, ABS, PP et PE, sont traités à des températures plus basses, généralement aussi basses que 350 degrés Fahrenheit « 175 Celsius », et couramment utilisés pour des applications de types moins structurels, à moindre coût. 

Les thermoplastiques techniques, tels que le PA, le PET, le PPS et PEI, ont des exigences de température de traitement légèrement plus élevées, autour de 400 à 600 degrés Fahrenheit « 205 à 315 degrés Celsius », et sont de plus en plus utilisés dans les applications sportives et de loisirs nécessitant des performances légèrement supérieures.

Les thermoplastiques haute performance, tels que la famille de plastiques PEAK, sont traités à plus de 600 degrés Fahrenheit « 315 degrés Celsius », ce qui les rend idéaux pour une utilisation dans des applications aérospatiales exigeantes.

Chauffer ou ne pas chauffer? Voilà la question.

Tous les thermoplastiques renforcés nécessitent l'ajout de chaleur pour être traités, tandis que les thermodurcissables se réticulent chimiquement sans avoir besoin de chaleur supplémentaire. Les thermodurcissables ne peuvent jamais être reformés ou recyclés, quelle que soit la quantité de chaleur appliquée.

Exigences en matière d'outillage dans la fabrication de composites

L'implication de la fabrication de thermoplastiques nécessitant l'introduction de chaleur élevée est une augmentation des coûts de l'outillage. L'outillage pour thermoplastiques doit être capable de résister à des températures plus élevées et à des cycles thermiques répétés, y compris l'expansion et la contraction à chaque cycle.

« La règle générale est de ne pas envisager de traiter des thermoplastiques renforcés sans outil en métal en raison des exigences de température, et par rapport à un outil composite traité à température ambiante, un outil en métal sera beaucoup plus dispendieux », explique Neil.

La principale caractéristique des thermoplastiques renforcés du point de vue de la performance est la résistance à la fatigue et la tolérance aux dommages. Ce qui tend à différencier les matériaux thermoplastiques utilisés entre les industries, c'est la capacité de température d'utilisation finale. Par exemple, les thermoplastiques de base sont utilisés pour les pare-roches sur les semi-remorques où il n'y a pas de réelle exigence de température basée sur l'application.

Pour les applications avec des exigences de température plus élevées, il est important de spécifier des thermoplastiques renforcés à haute performance lorsque la réglementation spécifie une réduction beaucoup plus faible des propriétés mécaniques à des températures élevées. Bien qu'il y ait un risque de volume élevé, ces conditions de température élevée peuvent présenter des défis techniques lorsqu'il est nécessaire d'introduire ce niveau de chaleur dans l'outillage et ensuite de disperser cette chaleur de l'outil lorsque la pièce est libérée. 

Neil explique : « Nous comprenons les exigences plus formelles de l'industrie Aérospatiale du point de vue des approbations et des spécifications des matériaux, ce qui fait de Composites One un partenaire précieux pour les fabricants de l'aérospatiale.

Formats thermoplastiques 

Il existe plusieurs formats de matériaux thermoplastiques renforcés que les clients de la fabrication de composites devraient envisager. 

Entièrement imprégnés – Ce format fait référence aux renforts entièrement imprégnés, semblables au préimprégné thermodurcissable. Ils peuvent inclure des fibres unidirectionnelles ou « ruban » et une variante de stratifiés avec des renforts en fibres continues et courtes. Ils ne sont pas drapés à température ambiante.

Partiellement imprégnés – Avec les thermoplastiques partiellement imprégnés, les filaments sont tissés ou « mélangés » dans le renfort sec. Ce format de matériau est beaucoup plus doux qu'un ruban ou un stratifié entièrement imprégné et drapé à température ambiante, comme un renfort en tissu sec. 

Tressé – En tressant un ruban unidirectionnel entièrement imprégné, A&P Technology, un chef de file mondial de la technologie de tressage, offre une catégorie unique de formats de matériaux thermoplastiques conformables avec des avantages de traitement distincts. 

Neil explique : « A&P utilise du ruban fendu de différentes largeurs minces jusqu'à environ 1/8 de pouce (3mm), selon les exigences de l'application et du traitement, et le tresse ensemble en utilisant la même technologie de tressages que pour son renfort tressé. Cela crée un ruban tressé mince et entièrement imprégné qui peut mieux se former à température ambiante et s'adapter à certaines géométries de moules complexes.

Regardez cette démonstration vidéo de CAMX 2021 où Composites One et A&P démontrent l'utilisation d'une gaine en nylon de carbone tressé et mélangé pour produire une pièce thermoplastique renforcée moulée par expansion. La démonstration vidéo utilise le ruban fendu en nylon de carbone tressé pour produire une pièce composite moulée, en plus grande série. 

L'avantage du soutien technique chez Composites One 

Les responsables du soutien technique chez Composites One agissent à titre de conseillers objectifs auprès des clients, dans le but d'améliorer l'efficacité du traitement des composites, quels que soient les matériaux ‘’thermodurcissables ou thermoplastiques’’ ou les méthodes de traitement utilisées. Les gestionnaires du soutien technique apportent une boîte à outils d'options de traitement aux clients et déterminent ensemble la meilleure approche en fonction de l'application, des volumes de production et des exigences d'utilisation finale des produits.

« Composites One possède un portefeuille de produits diversifié et indépendant des matériaux, et nous sommes en mesure d'appliquer nos connaissances et nos ressources à l'ensemble des applications et des capacités de l'industrie au profit de nos clients », déclare Neil. 

Chez Composites One, nous nous efforçons d'être innovants et fiables et d'offrir des résultats à nos clients. Notre équipe Advanced Composites offre une expertise dans les matériaux composites en tant que chef de file dans la fourniture de solutions de gestion des matériaux et de logistique pour les marchés exigeants. Dans les domaines de l'Aérospatiale, de la Marine, de l'Énergie Éolienne et au-delà, notre modèle de distribution et nos équipes technique sont prêts à soutenir les fabricants qui utilisent les composites pour concevoir les innovations de demain.