Technologie de moulage rapide CFRP 10 fois plus rapide que les configurations conventionnelles

Stephen Moore | 06 mars 2023

La société japonaise Toray Industries a développé une technologie de moulage intégrée rapide pour les composants de mobilité en plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP). Cette technologie associe un noyau léger et poreux en mousse renforcée de fibres de carbone (CFRF) à une peau préimprégnée thermodurcissable offrant des propriétés mécaniques exceptionnelles.

Cette nouvelle technologie permet de mouler des composants de mobilité en CFRP tels que les toits de voitures 10 fois plus rapidement qu'une configuration de moulage en autoclave conventionnelle. De plus, la masse des composants est inférieure de moitié à celle de leurs homologues en acier. Toray a l'intention de poursuivre la R&D pour accélérer l'application de cette technologie aux pièces de véhicules électriques, où la légèreté et la rapidité de production sont essentielles.

Les composants CFRP prennent généralement en sandwich des noyaux de mousse d'uréthane avec des peaux préimprégnées thermodurcissables. Les applications courantes de ces structures légères et rigides sont les grands panneaux pour les avions, les automobiles, les navires et les infrastructures. Certains ont réclamé des délais de fabrication plus courts pour lier de manière optimale le noyau après l’avoir façonné à la peau. De plus, l’électrification des véhicules a rendu de plus en plus important la réduction du poids des composants afin d’étendre l’autonomie des modèles utilisant des batteries lourdes. Les modalités de transport émergentes telles que la mobilité aérienne urbaine et les drones devraient également bénéficier massivement des matériaux légers.

La nouvelle technologie de moulage rapide intégré de Toray permet de fabriquer de grands panneaux en une seule pression. En effet, cette approche façonne, thermodurcie et moule simultanément, et lie le noyau CFRF et la peau préimprégnée thermodurcissable dans le même moule.

La synchronisation de l'expansion du CFRF avec le temps de durcissement du préimprégné est nettement plus rapide qu'avec les processus conventionnels. La résine thermodurcissable préimprégnée pénètre dans le CFRF poreux pour lier les matériaux de peau et de noyau sans utiliser d'adhésifs pour une structure de liaison très fiable. La technologie de Toray ouvre la voie à la production rapide de grands composants CFRP.

Le CFRF est un matériau poreux exclusif. Sa résine liante devient flexible lors du chauffage et se dilate simultanément avec la force réparatrice des fibres de carbone. Le réseau tridimensionnel résultant de fibres de carbone courtes lie fortement la résine liante et les fibres de carbone.

Le CFRF offre une résistance, un module élastique et une résistance aux chocs nettement meilleurs que les matériaux de base conventionnels. Sa faible plage de densité spécifique de 0,2 à 0,4 améliore les performances et allège les structures sandwich.

Toray a démontré son concept en utilisant une machine à presser pour créer un grand panneau de toit d'automobile (1,2 m de long x 1,2 m de large x 2,3 mm d'épaisseur) en seulement cinq minutes, ce qui est 10 fois plus rapide que l'approche conventionnelle. L'entreprise a évalué la rigidité, l'aptitude au revêtement, les propriétés d'isolation acoustique et d'autres aspects pratiques requis pour la production automobile. Lors de tests d'impact très importants en cas de chute de poids, Toray a confirmé que l'interface cutanée ne s'est pas délaminée et que l'absorption des chocs est excellente.

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