Le domaine de la construction automobile légère mise souvent sur le coûteux carbone. Cependant, Lorenz Kunststofftechnik préfère utiliser des composés de moulage de feuilles époxydiques renforcées de fibres de verre. Ces composés offrent des valeurs de résistance similaires à celles des fibres de carbone, tout en étant 50% moins chers à produire.
Les composés SMC standards traditionnels, fabriqués à partir de résines de polyester, présentent généralement des propriétés mécaniques telles qu’une résistance à la flexion de 200 MPa, un module d’élasticité en flexion de 10 000 MPa et une ténacité à l’impact de 90 kJ/m2, avec une densité comprise entre 1,7 et 1,85 g/cm³. Ils conviennent à diverses applications dans l’industrie électrique et automobile, notamment pour les garnitures intérieures et les enjoliveurs de roues.
La praticité des composés époxydiques renforcés de fibres de verre
Cependant, dans le domaine de la construction automobile, la demande de matériaux à faible densité – donc moins massifs – et de meilleures propriétés mécaniques, telles qu’une résistance à la flexion supérieure à 350 MPa, un module d’élasticité en flexion supérieur à 18 500 MPa et une ténacité à l’impact supérieure à 150 kJ/m2, est en constante augmentation. “Les composés SMC contenant des résines époxydiques au lieu de résines de polyester permettent d’atteindre ces valeurs”, explique Peter Ooms, directeur des ventes chez Lorenz Kunststofftechnik GmbH. “Cependant, le traitement de ces thermoplastiques était souvent problématique et les masses de moulage difficiles à façonner, ce qui limitait considérablement la liberté de conception. Les composés époxydiques renforcés de fibres de verre précédents n’étaient donc pas pratiques et n’ont donc guère atteint la maturité du marché pour la production en série.”
Pour des applications nécessitant une grande légèreté, le carbone est souvent privilégié dans la construction automobile légère. Lorenz, en revanche, utilise clairement les fibres de verre. “Les composés époxydiques renforcés de fibres de verre ont des valeurs de résistance comparables à celles des fibres de carbone, mais leur fabrication est 50% moins chère”, explique Ooms. De plus, Lorenz dispose d’un procédé établi pour le recyclage des matériaux SMC renforcés de fibres de verre, ce qui constitue un argument important en termes d’exigences de durabilité de l’industrie automobile.
Un durcisseur spécial pour les matériaux SMC
Cependant, un nouveau composé époxydique renforcé de fibres de verre, sans les faiblesses matérielles précédemment mentionnées, pourrait maintenant répondre à ces exigences. La condition préalable est un agent de durcissement développé par Evonik. “VestaliteS est un durcisseur époxydique à base de diamine qui, combiné avec des résines époxydiques, donne un matériau SMC facile et rapide à traiter”, explique le Dr.-Ing. Leif Ickert, responsable du marketing des composites et des adhésifs, division Crosslinkers chez Evonik Resource Efficiency GmbH.
Un composé qui durcit en 3 minutes
Les composés avec cet agent de durcissement présentent une grande stabilité en stockage de la masse de moulage SMC à l’état non durci, tout en permettant un durcissement rapide dans le processus de fabrication en seulement trois minutes. “De plus, les propriétés de coulée et de déformabilité du précurseur sont améliorées lors du moulage, ce qui permet d’obtenir une haute qualité des pièces”, ajoute Ickert. De plus, les SMC avec VestaliteS ne présentent pas d’émissions de styrène et seulement de faibles émissions de COV, ce qui les rend particulièrement adaptés aux composants intérieurs des voitures.
Evonik travaille avec les experts en thermoplastiques de Lorenz Kunststoffe depuis 2018 pour développer un SMC époxydique adapté. “Grâce à cette forme de collaboration, ainsi que grâce à des analyses complémentaires et à des études de cas, notamment dans le cadre du projet de recherche européen Alliance, nous souhaitons démontrer que notre agent de durcissement peut créer les propriétés souhaitées dans le SMC époxydique”, explique Ickert. Evonik apporte sa compétence en durcisseurs époxydiques, tandis que Lorenz Kunststofftechnik apporte son expertise dans les matériaux SMC. Une coentreprise avec Vestaro GmbH apporte également une dimension technique et de conseil en technologie automobile.
Une recette SMC légèrement modifiée
L’objectif était de réaliser un composé qui utilise au mieux le potentiel du SMC époxydique, c’est-à-dire un matériau idéal pour la construction légère de composants automobiles et autres. L’entreprise de Basse-Saxe avait déjà développé il y a six ans un semi-produit SMC (SMC 0208) particulièrement résistant au feu et à la corrosion par rapport aux autres SMC standards, utilisé par exemple pour des pièces de construction ou de formage. “Nous avons utilisé notre recette SMC de base pour le SMC époxydique, mais nous l’avons légèrement modifiée”, explique Ooms. “Nous avons remplacé la résine UP habituelle par de la résine époxydique et avons également échangé quelques autres composants. VestaliteS a été ajouté en tant qu’ingrédient essentiel.”
Le résultat est un matériau composite d’époxy, de renfort en fibres de verre et de charges, avec une densité comprise entre 1,5 g/cm³ et 1,7 g/cm³, une bonne aptitude à l’écoulement et une absence d’adhérence dans le moule. De plus, il présente les propriétés mécaniques suivantes :
- Une résistance à la flexion supérieure à 350 MPa
- Un module d’élasticité en flexion supérieur à 18 500 MPa
- Une ténacité à l’impact supérieure à 150 kJ/m2
Deux fois plus difficile à enflammer
En revanche, pour le carbone, la résistance à la flexion et la ténacité à l’impact sont en moyenne de 320 MPa et 55 kJ/m2 respectivement. Grâce à sa composition de base, le nouveau semi-produit conserve également les avantages du SMC en général, notamment sa grande facilité d’écoulement. “Contrairement à d’autres plastiques, il ne contient pratiquement pas de dérivés du pétrole hautement inflammables”, souligne Ooms. “Avec un indice d’oxygène supérieur à 65 %, il est deux fois plus difficile à enflammer que les plastiques classiques considérés comme extrêmement ignifuges.” Même lorsqu’il est exposé à une flamme nue, il s’éteint rapidement de lui-même et ne se déforme pas ou ne goutte pas, même à haute température. De plus, le composé conserve une grande ténacité à l’impact à des températures allant jusqu’à -30 °C, ce qui élimine les risques de fragilité ou de rupture du matériau.
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