Le contrôle qualité des nanocomposites à base de polymères
Les nanocomposites à base de polymères sont obtenus en mélangeant des polymères fondus avec des additifs (des nanoparticules) dans une extrudeuse. L'utilisation de nanoparticules fonctionnelles dans des polymères est l'une des applications les plus prometteuses de ce nouveau type de matériau. En faible quantité, les nanoparticules améliorent la résistance au feu, la conductivité électrique et optique, ainsi que les propriétés mécaniques des nanocomposites à base de polymères. Des scientifiques financés par l'UE ont développé une nouvelle technique permettant de procéder au contrôle précis de ces nanocomposites pendant la production. Mis au point dans le cadre du projet NANOONSPECT (Reliable integrated on-line characterisation tool for thermoplastic compound), le système onBOX surveille la dispersion, la taille des particules et la formation du réseau de particules à haute résolution. De nouveaux capteurs en ligne sont intégrés à cet appareil, qui analyse les propriétés de fonte pendant la production de nanocomposites à base de polymères. Le système onBOX intègre un viscosimètre capillaire et des capteurs de conductivité thermique, de température, de densité et de pression. Des spectromètres Raman et dans l'infrarouge proche apportent des informations sur le processus de dispersion, et des capteurs à micro-ondes surveillent l'agglomération. Pour garantir la bonne dispersion des nanoparticules, il faut surveiller de nombreux paramètres du traitement. Afin de résoudre un tel problème à plusieurs variables, les partenaires du projet ont développé un système de contrôle sophistiqué basé sur un réseau de neurones artificiels. Ce réseau imite le fonctionnement du cerveau humain dans le sens où les connexions entre les neurones déterminent la réponse la plus appropriée aux stimuli sensoriels. D'une part, ce réseau calcule les propriétés matérielles hors ligne à partir des propriétés mesurées en ligne. D'autre part, un système expert suggère des paramètres de traitement adaptés permettant d'obtenir la propriété souhaitée. En outre, une nouvelle méthode (Nexxus Channel) a été adaptée à la chaîne de transformation pour autoriser une excellente dispersion des nanoparticules issues de liquides dans la matrice polymère. En établissant des synergies, les nouvelles techniques développées garantissent un produit de qualité élevée et homogène, grâce à un contrôle adaptatif. Ce nouveau système de contrôle a été testé au niveau industriel par deux petites entreprises du consortium représentant une importante clientèle potentielle constituée de PME. Dans tous les cas, il a apporté la réponse la plus appropriée en s'appuyant sur les signaux produits par le processus de création. Jusqu'à présent, il était impossible de contrôler avec précision les paramètres du processus d'extrusion des nanocomposites à base de polymères, et donc les caractéristiques du produit final. Le projet NANOONSPECT a ouvert la voie à la fabrication de produits personnalisés et de haute qualité à partir de nanocomposites à base de polymères. L'impact réduit sur l'environnement permettra aussi de diminuer la consommation d'énergie et de matières premières.
Mots‑clés
Contrôle qualité, nanocomposites à base de polymères, contrôle adaptatif de processus, NANOONSPECT, réseau de neurones artificiels
