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Les composites thermoplastiques
Les matrices thermodurcissables et thermoplastiques
Il existe deux catégories de polymère : les thermodurcissables et les thermoplastiques. Comme leur nom l’indique, les deux réagissent à la chaleur, cependant pas de la même façon. Cette partie se consacre uniquement aux matrices hautes performances telles que l’Époxy pour les matrices thermodurcissables et le PEEK, le PEKK et le PPS pour les matrices thermoplastiques.
Les matrices thermodurcissables ont l’avantage d’être liquides à température ambiante. Leur manipulation est alors plus facile notamment pour l’imprégnation des fibres et l’élimination des porosités. Parallèlement, la viscosité des matrices thermodurcissables est plus faible que celle des matrices thermoplastiques, utilisées dans leur intervalle de température de mise en forme, ce qui facilite d’autant plus leur manipulation. Une plus grande diversité de procédés de mise en forme s’offre aux composites thermodurcissables. On retrouve dans les procédés de mise en forme des composites thermodurcissables tous ceux utilisés avec les composites thermoplastiques, ainsi que le procédé de moulage par infusion et ses variantes. Par conséquent, il est plus aisé de trouver un procédé adapté à la géométrie de la pièce et répondant aux attentes en termes de qualité et de coût.
Néanmoins, l’utilisation de matrices thermodurcissables pose de multiples inconvénients. Tout d’abord, l’entreposage des plis pré-imprégnés requiert d’être réalisé dans un endroit réfrigéré. De plus, les temps de cycle de mise en forme des différents procédés sont longs à cause de la réaction chimique irréversible du polymère. Un cycle autoclave utilisé pour la réalisation d’une pièce de composite thermodurcissable prend en moyenne cinq à six heures alors qu’il faut compter environ une heure pour un composite thermoplastique comme le Carbone/PPS. Enfin, depuis quelques années de plus en plus d’importance est accordée au recyclage des matériaux utilisés dans l’industrie, quel qu’en soit le domaine. Or, force est de constater que les composites thermodurcissables sont difficilement et très partiellement recyclables. Effectivement, la réticulation de la matrice est une réaction chimique irréversible et la rend non recyclable tandis que le recyclage de certaines fibres est envisageable par pyrolyse ou bien par digestion à l’acide.
Tout cela ne fait qu’augmenter l’intérêt porté aux matrices thermoplastiques qui rencontrent un succès grandissant depuis deux décennies. Les domaines d’applications se diversifient. En effet, après avoir été développés principalement pour l’industrie automobile, on retrouve désormais des matériaux composites thermoplastiques dans le domaine de l’aéronautique et du sport. Une des caractéristiques principales des matrices thermoplastiques est que lorsqu’elles sont chauffées, la matrice perd de la viscosité et devient déformable. Une fois refroidie, elle retrouve toute sa rigidité. C’est donc un matériau ayant la capacité à être mis en forme à plusieurs reprises. Cette propriété permet d’assembler des pièces faites de composites thermoplastiques par soudage, ce qui serait impossible avec les composites thermodurcissables (Dubé et al., 2007). Cette même propriété permet aussi d’envisager le recyclage du polymère ou du composite, chose qui était jusque là inenvisageable avec les matrices thermodurcissables. Une pratique déjà existante est de découper en petits morceaux une pièce hors d’usage faite de composite thermoplastique à fibre continue et de former une nouvelle pièce pour des applications plus basse performance avec les fibres courtes ainsi obtenues. Enfin, les matrices thermoplastiques hautes performances sont très tenaces (McCool et al., 2012). C’est une caractéristique particulièrement intéressante pour les composants aéronautiques étant sujets à des impacts.
En revanche, il faut aussi prendre en considération que l’utilisation de ce type de matrice soulève plusieurs inconvénients. Tout d’abord, elles présentent des difficultés liées à l’imprégnation des fibres à cause de leur viscosité qui reste supérieure à celle des matrices thermodurcissables (Aucher, 2009). De plus, les coûts de mise en œuvre sont souvent importants au niveau des infrastructures et outillage nécessaires (Four, presse, moules, etc.) Cependant, comme les temps de mise en forme sont courts, de l’ordre de 45 à 60 minutes pour le moulage en compression ou de 4 à 5 minutes pour l’estampage, les coûts de fabrication unitaire restent très intéressants pour des grandes séries de pièces. C’est pourquoi ils sont surtout utilisés dans l’automobile et leur implantation dans l’aéronautique se fait grâce à la standardisation de certaines pièces telles que des renforts ou des équerres de fixation.
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