Des nanomatériaux au service de composites sophistiqués
L'inclusion de nanotubes de carbone dans une matrice de polymères permet de créer des matériaux dotés de plusieurs fonctionnalités. Cependant, il faut surmonter plusieurs problèmes afin d'intégrer des nanoparticules conductrices dans des stratifiés composites de polymères. Par exemple, l'augmentation de la viscosité de la résine, et la filtration des nanoparticules, ont conduit à des stratifiés défectueux. Un autre problème important qui découle de l'usage croissant de polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP) est l'absence de méthodes fiables pour contrôleur leur qualité. Le projet ELECTRICAL (Novel aeronautical multifunctional composite structures with bulk electrical conductivity and self-sensing capabilities), financé par l'UE, a cherché à développer plus avant le potentiel prometteur des résines nanorenforcées en matière de propriétés électriques et mécaniques. Les scientifiques ont travaillé à de nouvelles méthodes de fabrication des composites nanorenforcés à base de carbone, compatibles avec les processus actuels de fabrication industrielle. Ils ont étudié diverses technique de fabrication de pointe pour transformer des nano-charges de nanotubes de carbone en préformes, pré-imprégnés ou buckypapers multifonctionnels, en vue de les utiliser dans des structures de CFRP. L'incorporation de nano-charges dans des fibres thermoplastiques durcies ou des voiles non tissés a permis de surmonter les problèmes de filtration et de viscosité accrue de la résine. Le projet ELECTRICAL a exploité les propriétés des nanotubes de carbone en tant que dopants de la résine polymère, pour concevoir de nouvelles structures composites multifonctionnelles avec une conductivité électrique volumique et une possibilité d'auto-détection. La cartographie diélectrique a contribué à optimiser le processus de polymérisation des CFRP. Cette technique tire parti de la conductivité électrique des nanotubes de carbone pour conduire des mesures électriques non invasives du matériau à proximité du capteur diélectrique. En outre, le comportement piézorésistif des nanotubes de carbone a permis de réaliser des structures CFRP innovantes avec auto-détection, facilitant l'assurance qualité du composant fini. Les travaux et les résultats du projet ELECTRICAL devraient renforcer la compétitivité des entreprises aéronautiques d'Europe. Le marché principal est celui de pièces de fuselage en composites, pour la prochaine génération de gros avions. De plus, ces matériaux composites perfectionnés peuvent aussi servir dans d'autres domaines comme l'espace, l'automobile et le rail.
Mots‑clés
Composites, conductivité électrique, nanotubes de carbone, aéronautique, auto-détection
