À une époque où l'efficacité énergétique prend de plus en plus d'importance, l'industrie automobile met en œuvre de nouvelles technologies de fabrication de voitures et recherche des matériaux innovants pour rendre les voitures plus sûres et plus légères. Outre les solutions utilisées dans l'industrie aérospatiale, telles que les fibres de carbone et le Kevlar, les mousses plastiques innovantes peuvent s'avérer être une option intéressante.
Fibre de carbone – propriétés et applications
La fibre de carbone est en fait un composite renforcé de fibres de carbone (PRFC). Elle se présente généralement sous la forme d'un tissu multicouche enduit de résine, dont le poids est minime mais la résistance mécanique remarquable. Le carbone a une résistance à la traction jusqu'à quatre fois supérieure à celle de l'acier de haute qualité, tout en étant extrêmement flexible, ce qui a conduit à son utilisation dans les avions, les vaisseaux spatiaux et les voitures de sport, entre autres applications. L'exemple le plus célèbre de voiture pour laquelle la fibre de carbone a été utilisée est la Lexus LFA. Sa carrosserie est composée à 65 % de ce même matériau.
Production de composants en fibre de carbone – comment se fait-elle et qu'est-ce qui est fait en composite de carbone ?
La résistance de la fibre de carbone permet de l'utiliser non seulement pour fabriquer des pièces de carrosserie, comme le toit ou le couvercle du coffre, mais aussi certaines pièces mécaniques ou des composants intérieurs, notamment les piliers ou les panneaux de plancher. Pour fabriquer des pièces en carbone, on utilise des moules qui correspondent à la forme du produit final. Ceux-ci peuvent être remplis de quatre manières différentes. La première, la plus laborieuse, consiste à déposer des couches de tissu, qui sont ensuite saturées de résine à la main. La deuxième méthode consiste à utiliser ce que l'on appelle des pré-imprégnations, ou des couches pré-imprégnées de résine. La troisième technologie est le moulage par transfert de résine, qui implique le remplissage sous pression d'un moule avec des couches de tissu déjà placées avec de la résine. La dernière méthode, la plus rapide, appelée C-SMC (Carbon Fiber Reinforced Sheet Molding Compound), consiste à injecter de la résine mélangée à des fibres finement coupées dans un moule. Toutefois, l'inconvénient des renforts composites fabriqués selon cette méthode est la moindre résistance du produit final. L'étape finale de la production, dans les deux cas, consiste à recuire les pièces en fibre de carbone pendant plusieurs heures à une température d'environ 180°C. Une fois que la résine a durci, les pièces peuvent alors être traitées mécaniquement.
La fibre de carbone est-elle dangereuse ?
La fibre de carbone possède un certain nombre d'excellentes propriétés, mais de nombreuses personnes s'interrogent sur son impact sur la santé humaine. Les produits finis en carbone revêtus de résine sont totalement sûrs. Les fibres de carbone n'exercent des effets nocifs qu'au stade de la fabrication, lorsqu'elles sont coupées. Les microfibres provoquent des irritations et des lésions cutanées, qui peuvent entraîner d'autres infections. La poussière de fibre de verre a également un effet irritant sur les yeux, et – si elle est inhalée avec l'air pendant une longue période – elle peut même provoquer une fibrose et un cancer du poumon. C'est pourquoi les personnes qui travaillent quotidiennement avec des produits en fibre de carbone portent des vêtements de protection appropriés et un masque équipé d'un filtre spécial.
Kevlar – application dans la construction automobile
Qu'est-ce que le Kevlar, également connu sous le nom de fibres d'aramide ? C'est un polymère synthétique qui a été inventé par hasard dans les années 1960 aux États-Unis. À l'époque, une équipe de chercheurs était à la recherche d'un matériau léger et résistant qui pourrait remplacer le caoutchouc dans les pneus, ce qui devait permettre de réduire la consommation d'essence. Le résultat fut un polymère très résistant, avec un haut degré d'ordonnancement des particules, qui est plus de cinq fois plus léger que l'acier et possède une très grande résistance à la traction, jusqu'à 3 620 MPa. Il faut deux fois plus de force qu'avec la fibre de carbone et jusqu'à quatre fois plus qu'avec l'acier pour briser les fibres d'aramide. Dans les applications automobiles, elles sont largement utilisées dans la construction de carrosseries légères de voitures de course et de performance, mais pas seulement. On le trouve également dans les modèles de voitures populaires, où il est utilisé pour renforcer des composants critiques tels que les courroies de distribution et les tuyaux de radiateur. Dans les sports mécaniques, il a également pour fonction importante de protéger l'embrayage en tant que composant de garnitures spéciales.
Rembourrage de l'embrayage avec du Kevlar – à quoi cela sert-il ?
La garniture de friction en fibre de Kevlar est très résistante, même à haute température, et transmet donc facilement un couple plus important aux moteurs de forte puissance, comme ceux utilisés dans les voitures de sport ou les véhicules tout-terrain. Elle offre une durée de vie de l'embrayage nettement supérieure à celle des garnitures traditionnelles, elle est donc recommandée pour les conditions d'utilisation difficiles.
Propriétés et applications du graphène
Le graphène est un super matériau dont la science moderne n'a pas encore exploré toutes les possibilités. Ce matériau, dont la structure bidimensionnelle est composée de molécules de carbone formant un motif d'hexagones parfaits, est à la fois plus léger et plus résistant que la fibre de carbone et le Kevlar. Un kilomètre carré de graphène ne pèse que 757 grammes, mais il est extrêmement flexible et possède d'excellentes propriétés électriques. Il s'agit d'un matériau idéal non seulement pour la production de corps super légers, mais il pourrait également être utilisé à l'avenir pour produire, par exemple, des batteries extrêmement efficaces ou même des écrans tactiles enroulables. Actuellement, les dernières applications du graphène dans l'industrie automobile comprennent la production de peintures automobiles anticorrosives, de passages de roues, ainsi que le placage expérimental d'un coureur monoplace léger. Le graphène utilisé dans sa production serait 20% plus léger que la fibre de carbone et jusqu'à 200 fois plus résistant que l'acier.
Mousse de polypropylène EPP – propriétés des matériaux et applications
Parmi les innovations en matière de matériaux dans l'industrie automobile, on ne peut manquer de citer le polypropylène expansé EPP, un matériau qui s'est d'abord illustré dans le modélisme, puis dans les structures de pare-chocs des voitures. La structure légère et moussée de ce matériau est composée à 95 % d'air, de sorte que les composants automobiles en EPP sont environ 50 % plus légers que leurs homologues en plastique traditionnel, tout en étant extrêmement solides. La combinaison de la résistance mécanique et du poids minimal fait que l'EPP est parfois comparé à la fibre de carbone. Sa caractéristique distinctive importante est ce qu'on appelle sa mémoire de forme. Il ne se déforme pas de façon permanente sous l'effet d'un impact, mais reprend sa forme initiale. Grâce à cette caractéristique, il a déjà révolutionné la production de composants responsables de la sécurité, tels que les appuis-tête, les bases de siège, les piliers de voiture et les panneaux de porte de voiture. En raison de ses excellentes propriétés isolantes, acoustiques et électriques, le matériau a également trouvé des applications futures dans la production de blocs de batteries pour les voitures électriques, ainsi que dans le stockage de l'hydrogène. Le processus de fabrication des composants EPP est très simple et consiste à faire mousser de la résine de polypropylène, puis à injecter la mousse dans un moule sous faible pression. Il convient de souligner que ce matériau est optimal d'un point de vue économique pour la production industrielle de masse et qu'il est largement disponible chez les producteurs de matières premières dans de nombreuses variétés.
Fibre de carbone, graphène, Kevlar ou EPP – applications et propriétés
La course technologique pour mettre au point une voiture ultralégère et super résistante est toujours en cours. Des matériaux tels que la fibre de carbone, le graphène et le kevlar ne sont pas encore répandus dans la production de masse à grande échelle en raison de leur prix relativement élevé. En comparaison, le moulage par injection de composants EPP est une technologie bien connue et facilement disponible qui permet la fabrication rapide et rentable de composants reproductibles, même avec des formes très complexes ou avec des inserts supplémentaires de différents matériaux. Les méthodes de production utilisées dans nos 44 usines réparties dans 9 pays permettent d'adapter précisément tous les paramètres des produits aux besoins de conception individuels.