3 raisons pour lesquelles les composites high-tech remplacent les matériaux traditionnels

De nombreuses avancées scientifiques et techniques ont conduit à des conclusions selon lesquelles les propriétés des matériaux composites sont souvent supérieures aux choix plus traditionnels. Voici quelques-uns des avantages qui les rendent si prometteurs.

1. Améliorer la durabilité

L'attention mondiale est portée sur des questions urgentes telles que le changement climatique et la production excessive de déchets. Les gens sont de plus en plus soucieux de développer des matériaux durables pour remplacer ceux qui seront probablement jetés plus fréquemment. De nombreux matériaux composites écologiques peuvent combler le besoin.

Composants en fibre de carbone réparables pour allonger la durée de vie utile

Les composites en fibre de carbone sont des alternatives populaires pour remplacer les métaux conventionnels utilisés pour tout, des pièces d'avion aux clubs de golf. Cependant, la plupart d'entre eux sont pratiquement impossibles à réparer ou à recycler une fois qu'ils se cassent.

Une nouvelle avancée par des chercheurs de l'Université de Washington pourrait surmonter cet inconvénient. L'équipe a créé un nouveau matériau aussi léger et résistant que les composites en fibre de carbone conventionnels, mais facile à réparer s'il se fissure. Les gens peuvent réparer les dégâts à plusieurs reprises de manière traditionnelle ou avec un chauffage à base de radiofréquence.

Le matériau appartient à une catégorie relativement nouvelle appelée vitrimères renforcés de fibres de carbone (vCFRP). D'autres types de composites en fibre de carbone se répartissent en deux groupes principaux. Le premier type contient de l'époxy, ce qui donne une dureté permanente. Ceux de la deuxième catégorie disposent d'une colle plus douce qui permet de décomposer le matériau pour le retravailler, mais au détriment d'une résistance et d'une rigidité réduites. Cependant, les vCFRP permettent de lier, de dissocier et de relier sans de tels compromis.

Composant en fibre de carbone pour réduire les émissions intérieures d'une voiture

Dans un autre cas de durabilité accrue grâce aux progrès des composites en fibre de carbone, une entreprise suisse a remplacé neuf composants intérieurs de véhicules généralement utilisés dans les sports automobiles par un matériau composite plus durable en fibre naturelle. Cela a entraîné une réduction de 94 % des émissions de matériaux et réduit les émissions du berceau à la porte de 90 %.

Un autre avantage des matériaux composites est qu'ils peuvent surpasser leurs propriétés d'origine, comme le bois récupéré traité pour résister à la chaleur. Cela signifie que les gens pourraient être surpris en apprenant davantage sur la façon dont les composites pourraient modifier les caractéristiques des matériaux courants qu'ils pensaient bien connaître.

Ce sont quelques-uns des nombreux exemples de la façon dont ces matériaux composites futuristes pourraient contribuer à l'effort mondial d'amélioration de la durabilité. Les chefs d'entreprise pourraient même les utiliser comme arguments de vente pour montrer que la durabilité environnementale est présente dans toutes les activités de l'entreprise. Par exemple, les fabricants d'éoliennes qui les utilisent accordent la priorité à une résilience prolongée plutôt qu'à l'envoi prématuré d'articles dans des décharges.

2. Amélioration des processus essentiels

Les personnes qui travaillent avec des matériaux composites étudient souvent comment elles pourraient aider les utilisateurs à améliorer leurs processus. Par exemple, les vis composites sont des choix courants pour assembler les terrasses car elles sont généralement plus denses que les versions en bois traditionnelles. Ils ont également des filetages plus fins et des têtes relativement plus petites, ce qui les rend plus faciles à enfoncer dans les terrasses.

L'amélioration des vis peut économiser sur les coûts de main-d'œuvre et augmenter les chances d'obtenir d'excellents résultats, et ce n'est qu'un exemple. Les moyens de renforcer un processus existant peuvent apparaître à pratiquement n'importe quelle étape, de la conception d'un produit à sa soumission à des contrôles de qualité.

Les robots aident à la production d'aubes de ventilateur composites

Une grande partie des travaux en cours associés aux matériaux composites concernent des approches futuristes, comme l'application de la robotique et de l'apprentissage automatique aux efforts de développement.

Par exemple, Rolls-Royce dispose d'une nouvelle installation dédiée au développement de nouveaux matériaux composites. L'une des approches consiste à utiliser des robots pour aider à fabriquer des pales de soufflante en composite utilisées dans les moteurs à réaction.

Un matériau composite en fibre de carbone est appliqué sur un moule de boîtier de ventilateur

Chaque composant comporte environ 500 couches de matériau en fibre de carbone, chacune appliquée selon un processus entièrement automatisé supervisé par des ouvriers de l'usine. Les robots soulèvent et déplacent les pièces entre les stations de la chaîne de montage, assurant un fonctionnement fluide et efficace.

Le machine learning pourrait améliorer les tests composites

Les chercheurs espèrent également utiliser l'apprentissage automatique pour faire progresser les méthodes habituellement appliquées pour tester les défauts des matériaux composites. Les méthodes traditionnelles les plus populaires sont les tests basés sur les rayons X et les ultrasons. Cependant, ces deux éléments ont leurs inconvénients, incitant les chercheurs à remédier aux limites.

Russell Varley est professeur de matériaux composites à Carbon Nexus, un centre de recherche sur la fabrication en Australie. Il a déclaré :"Comprendre et développer des méthodes d'analyse de nouvelle génération pour les tests non destructifs des produits composites a un grand potentiel pour transformer l'industrie."

Une organisation a accordé une subvention de recherche pour ce projet afin de voir si l'apprentissage automatique pouvait cibler certains problèmes de test composites bien connus. Par exemple, l'utilisation de méthodes basées sur les rayons X est coûteuse en investissements en capital et opérationnels.

Ces études de cas n'impliquent pas que les gens aient cessé d'essayer d'améliorer les processus associés aux matériaux traditionnels. Cependant, un intérêt élevé et continu pour les composites de la part des spécialistes des matériaux du monde entier fait qu'une grande partie de la recherche se concentre sur de nouvelles options fabriquées à partir d'au moins deux matériaux constitutifs.

Les composites high-tech changent de couleur pour afficher les défauts

Les deux exemples précédents de cette section mettent en évidence la façon dont les matériaux composites s'alignent souvent sur les efforts visant à adopter l'Industrie 4.0. Cependant, il existe également un travail fascinant pour faire en sorte que les matériaux eux-mêmes accélèrent les processus d'usine.

Les chercheurs ont développé un stratifié composite qui change de couleur en réponse à la déformation. Ils pensent que cela permettra de détecter les problèmes à des stades plus précoces et d'alerter les gens sur d'éventuelles défaillances matérielles. Jusqu'à présent, les gens n'ont utilisé le matériel qu'en laboratoire. Cependant, si cela fonctionne aussi bien que les développeurs l'espèrent, l'innovation pourrait améliorer les processus de nombreuses façons.

Par exemple, cela pourrait empêcher les travailleurs de fabriquer des pièces composites présentant des faiblesses internes et minimiser les rappels futurs. L'équipe a également signalé que leur nouveau matériau, composé de couches, est résistant à la rupture et léger. Étant donné que ce sont parmi les propriétés les plus souhaitables des composites, cette invention pourrait avoir de larges applications et attraits.

3. Poursuivre les améliorations basées sur les matériaux

Un autre des avantages des matériaux composites est qu'ils permettent aux ingénieurs et aux scientifiques de développer de nouvelles options qui répondent à des besoins non couverts par les choix conventionnels. Les gens sont toujours à la recherche de moyens réalisables pour améliorer les produits. Les composites montrent souvent la voie à suivre.

Nouveau matériau composite fabriqué à partir de tissus non tissés

Les tissus non tissés sont ceux dérivés de fibres de liaison qui ne nécessitent ni tricotage ni tissage. Des chercheurs ont récemment créé un nouveau matériau composite entrant dans cette catégorie. Ils pensent que leur innovation pourrait être idéale pour les produits médicaux, tels que les bandages et les masques.

La création d'un matériau qui peut être en contact avec la peau des personnes pendant des heures ou plus nécessite une réflexion approfondie sur les propriétés souhaitées des matériaux composites. Dans ce cas, l'équipe voulait de la respirabilité et de l'absorption d'eau. Ils voulaient également inclure du coton pour plus de confort.

Les tests ont montré que le nouveau tissu était plus absorbant que les options traditionnelles. Il a également bien performé dans les tests de récupération après étirement, ce qui suggère que le matériau résisterait bien à une utilisation répétée. L'équipe a reconnu que bien que d'autres options aient une bonne respirabilité et des capacités d'étirement, le choix d'ajouter du coton devrait offrir un autre avantage notable.

Le matériel de haute technologie pourrait limiter les tracas des écrans de téléphone fissurés

Étant donné que les écrans sont des éléments indispensables des smartphones d'aujourd'hui, de nombreuses personnes s'efforcent de les protéger. Par exemple, même lorsque les fabricants installent du verre ultra-durable, de nombreux propriétaires de smartphones ajoutent également des protecteurs d'écran ou insèrent leurs appareils dans des étuis spécialisés pour plus de tranquillité d'esprit. Cependant, une innovation liée au verre composite pourrait réduire la nécessité de ces étapes supplémentaires.

Le projet d'une équipe de recherche internationale a abouti à un composite de verre qui pourrait minimiser la casse de l'écran et fournir un affichage plus lumineux. Les matériaux sont à base de pérovskites aux halogénures de plomb, qui fonctionnent comme des panneaux solaires miniatures car ils captent et stockent l'énergie. L'approche de base consiste à envelopper des nanocristaux dans un verre poreux.

Cette méthode devrait améliorer les technologies nanocristallines actuelles utilisées pour les écrans des appareils. Le groupe travaillant sur ce projet a averti que, même s'ils pensent que leurs techniques sont évolutives, il reste encore beaucoup de travail à faire. Ils doivent trouver les meilleures façons de créer des matériaux avec les propriétés souhaitées.

Les matériaux de haute technologie sont très prometteurs

Ce ne sont là que quelques-uns des nombreux avantages des matériaux composites qui enthousiasment les gens quant à ce que l'avenir nous réserve. Les matériaux traditionnels ont encore une place dans de nombreux cas, mais ces exemples montrent les avantages de travailler avec des composites pour générer des résultats spécifiques.