ITA RWTH Aachen University lance une ligne de revêtement de fibres, recherche sur la fibre de carbone

Note de la rédaction :CompositesWorld a reçu plusieurs annonces de nouveaux produits et technologies avant le JEC World 2020, qui était prévu du 3 au 5 mars. Bien que cette exposition ait été reportée au mois de mai, CW publie maintenant les annonces que nous avons reçues. C'est l'un d'entre eux.

L'Institut für Textiltechnik de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle (ITA, Aix-la-Chapelle, Allemagne) présente des innovations dans la production de fibres de verre et de carbone sur le stand commun du Centre d'Aix-la-Chapelle pour la construction légère intégrative.

Démonstrations en direct du système de revêtement multi-fibres

En direct sur le stand, ITA montre comment sa ligne de revêtement de fibres multi-matériaux enrobe ou imprègne des mèches faites de divers matériaux, produisant des towpregs, également connus sous le nom de mèches pré-imprégnées, à partir de thermoplastiques et de fibres de carbone. Les towpregs peuvent être traités par bobinage ou tressage. Les exemples d'utilisation incluent les arbres de transmission dans l'industrie automobile ou aérospatiale.

Le système, selon l'ITA, a une large gamme d'applications et permet une sortie rapide. Avec une température de traitement maximale de 400 °C, il permet également de traiter des thermoplastiques à haute température et de tester rapidement avec une variété de matériaux à l'échelle du laboratoire. Les vitesses de production actuelles sont de 5 m/min, selon le matériau utilisé et la configuration du système, et l'ITA affirme qu'une mise à l'échelle à l'échelle industrielle est possible. L'usine peut traiter des thermodurcissables et des thermoplastiques.

Avec cette ligne, des towpregs avec des sections transversales circulaires jusqu'à 5 mm de diamètre et des géométries de type ruban jusqu'à 20 mm de largeur peuvent être produits à une vitesse de production de 5 m/min, en fonction du matériau utilisé et de la configuration de la ligne.

Recherche sur la production de fibre de carbone

En outre, l'ITA présente sa production de fibres de carbone, l'un de ses principaux domaines de recherche. ITA dispose d'une usine de production de fibre de carbone à l'échelle pilote continue avec une capacité de production de moins d'une tonne par an. En raison de sa taille relativement petite et de la faible consommation de matière qui en résulte, l'usine est parfaitement adaptée au développement de nouveaux profils de stabilisation et de carbonisation et au test de nouvelles tailles de fibres, selon l'ITA.

L'objectif principal actuel de la recherche sur la production de fibre de carbone est de réduire le temps de stabilisation d'un temps initial de 50 minutes à environ 21 minutes. Les fibres obtenues sont au niveau d'une fibre de carbone Toray T700.

Une autre approche pour réduire le coût des fibres de carbone est l'utilisation de matières premières alternatives telles que le polyéthylène (PE). Cela peut réduire le prix de la fibre de carbone d'environ 50 %, selon l'ITA. En raison des usines de filature et de sulfonation existantes, l'ITA est l'un des principaux instituts de recherche traitant de la production de fibres de carbone rentables à base de polyoléfines.

Technologie textile et photonique

Les composants renforcés de fibres de carbone (CFRP) sont souvent assemblés par des attaches qui sont collées dans le composant CFRP durci et percé. Selon l'ITA, l'intégration des fixations dans une préforme textile et un processus de durcissement supplémentaire pour produire le composant CFRP final peuvent raccourcir les chaînes de processus de production et augmenter les performances du joint d'au moins 50 %. Cela nécessite des découpes de haute précision dans le textile pour les attaches.

Dans le projet CarboLase basé à NRW, financé par OP.EFRE, le traitement des matériaux au laser est intégré pour la première fois dans un processus de préformage automatisé. Une nouveauté dans le processus est l'utilisation du laser pulsé ultracourt respectueux des matériaux, qui traite les textiles sans les endommager thermiquement.

En combinant les technologies dans une cellule robotisée flexible, la production juste à temps de composants CFRP avec des fixations intégrées est désormais possible indépendamment de la géométrie des composants et de la taille du lot. Avec la nouvelle chaîne de processus, les démonstrateurs ont été produits de manière entièrement automatique. Un démonstrateur sous la forme d'un segment de montant B avec des fixations intégrées est illustré dans la figure suivante.

Cette technologie a été développée par l'Institut für Textiltechnik de l'Université RWTH Aachen, abrégé ITA, en collaboration avec ses partenaires AMPHOS GmbH, Kohlhage Fasteners GmbH &Co. KG, LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH et le Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT.

Enroulement filamentaire préimprégné à grande vitesse

L'ITA travaille avec de nombreuses industries sur la technologie d'enroulement filamentaire, y compris sa nouvelle technologie d'enroulement multifilament. Le principal avantage de cette méthode, selon l'ITA, est que de nombreuses fibres (installation de l'ITA avec 48 fibres) peuvent être enroulées simultanément, ce qui augmente la vitesse de traitement d'un facteur 50 et permet une couverture de 100 % en un seul passage.

La vitesse de travail a encore été augmentée avec le développement de préimprégnés de haute qualité grâce au projet ZIM MFWOptiPreg avec la société F.A. Kümpers GmbH &Co. KG. Le tack (adhésivité) et la rupture des fibres optimisés, des vitesses d'enroulement élevées et des produits de qualité peuvent être obtenus. L'enroulement filamentaire a l'avantage d'orienter les fibres dans la direction souhaitée (0°≤θ<90°).

À titre d'exemple de produits de qualité, ces préimprégnés ont été testés pour la fabrication de récipients sous pression et d'arbres de torsion, selon l'ITA. Le préimprégné développé est déjà disponible sur le marché.