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Huntsman définit la norme de la matrice pour préimprégnés

Composites CarbonWheel

composites pré-imprégnés, qui étaient autrefois répandus dans les secteurs de l'aérospatiale et de performance comme la Formule 1, sont devenus de plus en plus commun dans de nombreux secteurs de l'industrie des composites pour leur facilité d'utilisation, des propriétés constantes, la finition de surface de haute qualité et le large choix de types qui sont maintenant disponible.

Ici, Philippe Christou, chef du soutien technique européen pour Huntsman Advanced Materials, se penche sur les développements les plus récents et les principales caractéristiques de la matrice de pré-imprégné dans la lutte contre la façon dont préimprégnés évoluent pour offrir de nouvelles libertés de conception et des performances optimales.

Pourquoi pré-imprégné?
Un composite pré-imprégné est constitué d'un matériau de renforcement en fibres, généralement en tissu, ou sous forme de mèche unidirectionnelle, pré-imprégnée d'une matrice de résine dans des quantités contrôlées.

Les fabricants de pré-imprégnés (pré-imprégnés) avancent partiellement le système de résine formulée jusqu'à l'étape B, en fournissant aux fabricants des préimprégnés dans un «semi-solide» qui leur permet de superposer plusieurs plis, de compléter le durcissement à la chaleur et sous pression et d'obtenir le résultat final. pièce composite.

La fibre et de la résine pré-mélangé est avantageuse pour permettre un processus de stratification très propre et contrôlée avec des matériaux prêts à l'utilisation pour la production de pièces en matériaux composites.

Le contrôle strict de la teneur en résine et de la dispersion élimine les variations de teneur en fibres et l'accumulation de zones à forte intensité de résine dans le préimprégné. Cela est essentiel pour obtenir des rapports de poids très précis et uniformes et, finalement, pour obtenir les propriétés souhaitées du composant composite final.

Les coûts de main-d'œuvre réduits et les développements récents en matière ont fait de pré-imprégnés dans une option commercialement viable.

Alors que le coût initial des matériaux préimprégnés est supérieur à celui des matériaux utilisés pour le traitement de stratification par voie humide, on peut affirmer que le niveau élevé de contrôle fourni compense ce coût. Avec les préimprégnés, le travail associé aux processus de mouillage manuel est supprimé et, comme la résine est pré-imprégnée, le travail nécessaire à la redistribution de la résine est considérablement réduit. Les opérations de nettoyage, ainsi que le temps et les coûts associés sont également réduits.

Applications typiques de préimprégné
Des marchés pour les grandes pièces composites avancées, y compris la marine, le vent et l'industrie en général (avec des applications telles que des lames de vent, les mâts de bateaux, et des appareils à pression et des réservoirs) par les industries de l'automobile et des sports et loisirs de masse (avec des produits, y compris la feuille de voiture ressorts, les skis et les vélos par exemple), préimprégnés sont de plus en plus gagnent plus large acceptation et montrant les avantages de performance réels dans un large éventail de structures légères.

Le rôle de la matrice de résine
Il existe de nombreux types de renforts en fibres et les systèmes de matrice de la résine de pointe qui peuvent être sélectionnés.

Pour établir l'environnement contrôlé nécessaire pour la production du pré-imprégné, il est important d'envisager le composant composite «chaîne de valeur et le rôle que les composants de la matrice, la formulation et le jeu de traitement pour atteindre la meilleure performance.

La formulation de composites pré-imprégnés contiennent la totalité ou plusieurs des opérations suivantes:

Résine (s) Architecture principale
Durcisseur (s) Architecture de support
Accélérateur (s) Aide à la réactivité
Modificateur (s) Modification de performance
Additif (s) Auxiliaires technologiques

La majorité des procédés composites comportent une combinaison de résine et de durcisseur (ou agent de durcissement) avec une fibre de renforcement, qui peut également inclure un solvant. La chaleur et la pression sont généralement utilisées pour façonner et durcir le préimprégné en une pièce finie.

La résine maintient et protège les fibres de renforcement, assurant ainsi la transmission et la répartition de la charge à tous les filaments, tout en offrant une résistance à la température et aux produits chimiques. Le durcisseur agit comme un agent de polymérisation de la résine en reliant les groupes réactifs de la résine et en contrôlant leur vitesse de réaction. Ils jouent donc un rôle important dans la détermination des caractéristiques de performance de la pièce finie.

En plus de cela, le renforcement donne de la résistance et d'autres propriétés requises. Dans certains cas, des accélérateurs, des modificateurs et des additifs sont inclus pour optimiser les performances du système matriciel. Par exemple, les accélérateurs aident à modifier les temps de durcissement et les modificateurs augmentent la résistance à la propagation des fissures.

Une formulation pour le succès
La matrice de résine est formulée en mélangeant la résine, le durcisseur et tous les autres composants, soit manuellement dans un petit récipient de mélange, soit, dans le cas de processus plus importants, de pompage des composants dans un récipient de mélange. Le processus de préimprégnation est ensuite entrepris pour imprégner la matrice de résine dans le renfort. Ensuite, le préimprégné doit souvent être placé dans un entrepôt frigorifique pour éviter une réaction chimique avant que le préimprégné ne soit utilisé pour la fabrication.

Optimisation des performances

Le renforcement se présente sous différentes formes; Les composants nécessitant une résistance et une rigidité élevées dans une direction (par exemple, les mâts de voiliers, les skis ou les pales de vent) seront généralement constitués de bandes unidirectionnelles. Cependant, d'autres structures, qui nécessitent de la résistance et de la rigidité dans plusieurs directions, sont plus susceptibles d'utiliser un renforcement avec une orientation de couche illimitée, tel qu'une fibre multiaxiale sans ondulation.

Il est donc important pour l'architecture de la matrice à être conçue avec précision pour optimiser la distribution et de la flexibilité par rapport au poids des directions uniques ou multiples et l'application de l'armature choisi.

Les thermoplastiques plutôt que les thermoplastiques sont le plus souvent utilisés dans la fabrication de composites préimprégnés avec une résine époxy représentant la chimie primaire de choix. D'autres comprennent les esters phénoliques, bismaléimides et cyanates.

En tant qu'ingrédient principal, la résine doit offrir une viscosité suffisamment basse pour permettre la formulation et le développement, facilitant ainsi l'élimination de l'air pendant le traitement et le durcissement à des températures / temps spécifiques. Il doit également offrir d'excellentes caractéristiques d'adhérence et de drapage, permettant au préimprégné de mouler correctement tout en maintenant l'orientation des fibres sans risque de déplacement pendant le traitement.

Répondre aux demandes du marché

La résistance à la température est devenue une cible clé pour les préimprégnés actuels. Sur le marché des transports en commun, par exemple, pour introduire des applications composites plus avancées à proximité d'un moteur, il est nécessaire d'améliorer la résistance à la chaleur.

Afin de faire correspondre la performance à l'exigence, il incombe à garder le plein contrôle de la cinétique de durcissement du système sans faire de sacrifices à d'autres capacités de traitement, tels que longue période de latence, ou les propriétés finales de la pré-imprégnés.

Le maintien et l'augmentation de la résistance thermique, tout en offrant des avantages supplémentaires a toujours été une préoccupation majeure de Huntsman, des scientifiques qui découvrent de nouvelles molécules pour les spécialistes de la production qui apportent concepts de molécules commerciales.

Pour illustrer cet engagement, les produits éprouvés suivants peuvent être mis en évidence:

· La résine époxy de type TGHPM tri-fonctionnelle, Tactix® 742, offre une résistance supérieure à la température de transition vitreuse par rapport à toute autre résine. Cette résine solide est compatible avec les autres résines époxydes. Elle présente une viscosité relativement faible lorsqu'elle est chauffée à des températures moyennes. Elle peut être facilement transformée en formulations préimprégnées conçues pour les applications à haute température.

· Epoxy novolaque à base de dyclopentadiène Tactix® 556 présente une absorption d'humidité inférieure à celle de nombreux époxydes multifonctionnels couramment utilisés dans les composites avancés - le rendant idéal pour une utilisation où la conservation des propriétés par temps chaud et humide est essentielle

· Les durcisseurs et les accélérateurs solides latents, Aradur® 976 par exemple, offrent une longue latence en combinaison avec des performances thermiques et mécaniques élevées qui favorisent le développement de formulations à haute résistance thermique.

· Aradur® 3123 et Aradur® 1167 peuvent agir en tant que durcisseurs ou accélérateurs avec un comportement de latence élevé et de réticulation rapide supérieur à 110 ° C.


En résumé

Ici, nous avons examiné les éléments qui définissent la norme pour les matrices de préimprégné. Alors que l'acceptation des préimprégnés continue de croître en tant que matériau de choix pour la production de masse dans diverses applications commerciales, des demandes d'efficacité encore plus grandes seront formulées et des investissements supplémentaires dans l'innovation matérielle s'imposeront.

S'appuyant sur nos compétences de base en synthèse et en formulation, c'est un défi que Huntsman a l'intention de relever. En effet, les molécules de demain «cuisent» déjà dans la phase de conception des laboratoires R & T de Huntsman.

www.huntsman.com / advanced_materials

Patricia Albisser

Huntsman Advanced Materials (Suisse) GmbH
K-401.5.77
Klybeckstrasse 200
CH-4057 Bâle
Suisse
Téléphone: + 41-61-299 2664
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