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De meilleurs thermoplastiques renforcés et recyclables

Les polymères renforcés sont utilisés par l'industrie automobile et l'aérospatiale, ainsi que pour des infrastructures de génie civil comme les ponts et les voies ferrées. De nouveaux composites à base de nanotubes de carbone fonctionnalisés pourraient apporter de grands avantages.
De meilleurs thermoplastiques renforcés et recyclables
La plupart des stratifiés utilisés au niveau industriel sont aujourd'hui faits de fibres dispersés dans une matrice continue de polymères. Le projet M-RECT («Multiscale reinforcement of semi-crystalline thermoplastic sheets and honeycombs»), financé par l'UE, a cherché à créer des thermoplastiques intégrant des nanotubes de carbone fonctionnalisés, plus performants que les autres polymères renforcés. Il a couvert toute la chaîne d'approvisionnement, depuis la fonctionnalisation des nanotubes de carbone et leur dispersion dans la matrice de polymères, jusqu'à la conception du composant fini, sa fabrication, ses tests et son utilisation.

Les scientifiques ont mis au point des méthodes permettant de fonctionnaliser les nanotubes de carbone et d'améliorer leur dispersion. Les processus de fonctionnalisation sont évolutifs et ont conduit à un dépôt de brevet. À partir des nouveaux matériaux, les chercheurs ont fabriqué des stratifiés composites à base de polyétheréthercétone (PEEK) et de polysulfure de phénylène. Ces polymères sont recyclables, car contrairement aux polymères thermodurcis, ils peuvent être chauffés, déformés et remodelés indéfiniment. L'équipe a fabriqué les stratifiés à l'aide de méthodes classiques mais aussi via une nouvelle technique d'imprégnation pour laquelle un brevet a été soumis.

L'équipe a évalué les propriétés mécaniques des matériaux et leur résistance aux dommages. Le PEEK avec nanotubes de carbone était plus résistant à la rupture que les stratifiés sans nanotubes. Les résultats des simulations conduites à l'aide des modèles mis au point par M-RECT ont montré un bon accord avec les résultats des tests sur des composants de validation. Ces modèles seront donc très utiles pour guider les campagnes de développement.

Les structures plurifonctionnelles en nid d'abeilles, comme celle nommée SILICOMB, courbe et à centre de symétrie, soulèvent de plus en plus d'intérêt grâce à leur résistance et à leur légèreté. Les chercheurs ont aussi mis au point divers systèmes dérivés de SILICOMB. Ils pourraient apporter d'importants avantages en termes d'isolation thermique et de consommation de carburant, et leur développement continuera dans un projet de suivi.

Outre la mise au point des matériaux, les chercheurs ont créé un système d'évaluation des dommages qui peut être moulé dans un composite thermoplastique afin d'en surveiller l'état. Ils ont aussi conçu un outil d'évaluation des risques, qui a été distribué aux membres du consortium pour la suite des travaux de développement.

Le projet M-RECT a stimulé le développement et l'utilisation de nouveaux composites thermoplastiques utilisant des nanotubes de carbone fonctionnalisés. L'adoption de ces nouveaux matériaux devrait avoir un impact notable sur l'économie et l'environnement dans le cadre de la fabrication, de l'utilisation et du recyclage.

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Mots-clés

Polymères renforcés, composites, nanotubes de carbone, thermoplastiques, nid d'abeille