De nouveaux matériaux pour des structures plus légères et plus efficaces
Le projet INCOM (Industrial Production Processes for Nanoreinforced Composite Structures), financé par l'UE, a développé des solutions et des méthodes technologiquement et économiquement viables pour produire des structures légères à base de matériaux durables avancés, destinées à l'emballage, aux véhicules, aux articles de sport et à l'aéronautique. «Pour l'essentiel, nous avons contribué au développement et à la fabrication de structures composites en sandwich légères, durables et résistantes pouvant avoir un grand nombre d'utilisations», explique Lisa Wikström, coordinatrice du projet INCOM. «La clé de notre succès a été l'utilisation de nouvelles méthodes de fabrication de nanofibres cellulosiques, ou CNF, un matériau nanométrique dérivé de la cellulose que l'on trouve dans la biomasse et les biodéchets et qui est utilisé pour renforcer les structures composites en sandwich.» Ces structures centrales légères en sandwich offrent de nouvelles possibilités pour réduire le poids des structures composites et / ou remplacer les matières premières à base de pétrole dans les composites. Les matériaux composites en sandwich peuvent remplacer les structures monobloc dans de nombreuses applications, permettant ainsi d'économiser les matières premières, de réduire le poids total et de générer moins de déchets à la fin du cycle de vie du produit. Les structures en sandwich dotées d'une partie centrale peu coûteuse et de matériaux de revêtement plus performants permettent de produire des composites légers et rentables. En outre, par rapport aux structures monobloc, les composites en sandwich utilisent moins de matériaux, ce qui réduit leur impact sur l'environnement. Dans les transports et l'aviation, l'utilisation de matériaux structurels légers se traduit par des économies de carburant et une réduction des émissions de CO2. La fabrication des CNF Le projet a en particulier mis au point une série de produits, dont: des mousses composites rigides à base de fibres en nanocellulose et de biopolyuréthane, des mousses de polylactide d'origine biologique extrudées et expansées à base de particules, des structures en nid d'abeille renforcées de fibres de cellulose et des structures en nid d'abeille en polycarbonate présentant des performances exceptionnelles en termes d'inflammabilité et de toxicité. Le projet a pour cela suivi deux approches pour la fabrication, la modification et le traitement des CNF. La première impliquait la fibrillation de la cellulose dans un prépolymère, grâce à l'utilisation d'un broyeur à billes. La seconde mettait en œuvre la fibrillation par broyage et en milieu aqueux de la cellulose provenant de bio-résidus, ainsi que le développement d'un outil d'évaluation de la qualité destiné à optimiser le procédé. Des pilotes mettant en œuvre ces deux méthodes de production des CNF ont ensuite été menés avec divers partenaires industriels. Les chercheurs ont utilisé des résines renforcées par CNF pour fabriquer des structures composites légères en sandwich, pour lesquelles trois types de cœur ont été mis au point: de la mousse expansée de polyuréthane biosourcée renforcée de NFC, de la mousse thermoplastique biosourcée et un nid d'abeille thermoplastique. Le projet a d'autre part développé des méthodes de production industriellement viables. «Il s'est avéré que les mousses de polyuréthane d'origine biologique renforcées par CNF présentaient des performances comparables à celles des mousses de polyuréthane du commerce», déclare Mme Wikström. «Nous avons également constaté que l'ajout de CNF améliorait la résistance à la compression et le module des mousses.» Un impact potentiel important Le projet a débouché sur le développement et la mise à l'échelle de plusieurs nouvelles structures composites et techniques de traitement durables, dont chacune présente un important potentiel de commercialisation. Ces solutions ont d'autre part débouché sur de nouvelles méthodes de production améliorées et permis de réaliser des démonstrations de produits durables et / ou rentables, qui vont probablement être à l'origine de nouveaux produits et gammes de produits commerciaux. «Grâce aux résultats obtenus par le projet INCOM, l'industrie du composite dispose maintenant de meilleurs matériaux et méthodes, plus respectueux de l'environnement et moins dangereux, pour fabriquer des produits moins lourds, dotés de performances optimisées et plus faciles à éliminer à la fin de leur cycle de vie», ajoute Mme Wikström. «Cette combinaison de nouveaux procédés de fabrication, de nouveaux matériaux et de nouveaux concepts de traitement de surface facilite la conception de produits innovants et crée des perspectives d'emploi, particulièrement pour le développement de produit et l'ingénierie en Europe.»
Mots‑clés
INCOM, fabrication durable, structures centrales en sandwich, nanofibre cellulosique, UE