Université USA et MHP font progresser la technologie composite ZT-CFRP soutenue par NASA

Le groupe du professeur Kuang-Ting Hsiao à l'Université d'Alabama du Sud (Atlanta) a récemment développé le ZT-CFRP, un composite plastique innovant enrichi en nanoparticules et renforcé de fibres de carbone, soutenu à l'origine par la NASA. Financé par la National Science Foundation (NSF) américaine, l'université a mis en place un partenariat de recherche afin d'exploiter pleinement le potentiel de ce matériau composite avancé et d'assurer sa mise sur le marché rapide.

Outre l'Université d'Alabama du Sud, cinq entreprises de divers secteurs participent au partenariat, dont MHP (Atlanta, Géorgie, États-Unis), Porsche Motorsports (Californie, États-Unis), UST Mamiya (Fort Worth, Texas, États-Unis), Hexcel Corp. (Stamford, Connecticut, États-Unis) et Toray Composite Materials America (Tacoma, Washington, États-Unis). MHP jouera un rôle clé dans cette collaboration en travaillant étroitement avec l'université pour soutenir la conception d'un procédé de production rouleau-à-rouleau pour le ZT-CFRP, permettant de produire de grandes quantités du matériau à faible coût. Le projet vise une mise sur le marché d'ici 2024.

« Notre collègue, Dr. Sebastian Kirmse, a rédigé sa thèse à l'Université d'Alabama du Sud et, pendant ce temps, a participé à la recherche sur ce nouveau composite passionnant », explique Tobias Hoffmeister, président et PDG de MHP Americas Inc. « Lorsque Sebastian a rejoint MHP début 2020, il nous a informés de la nouvelle technologie et nous a impliqués. Nous avons tous été convaincus que le matériau composite avait un potentiel considérable, dès le départ. »

Le composite plastique, enrichi en nanoparticules spécifiquement orientées et renforcé de fibres de carbone, possède plusieurs propriétés le distinguant des autres composites de ce groupe. Des nanofibres de carbone sont enfilées entre les fibres de carbone conventionnelles en formation zigzag, produisant un tissu dans lequel les charges mécaniques, électriques et thermiques sont distribuées dans toutes les directions au sein du composite, augmentant significativement la conductivité du matériau (notamment orthogonale à la direction des fibres). L'université note que cela signifie que le ZT-CFRP n'est pas seulement plus léger que l'aluminium et plus résistant que l'acier, il est aussi significativement moins vulnérable aux forces mécaniques, comme les dommages d'impact, que les plastiques renforcés de fibres de carbone (PRFC) conventionnels.

Le ZT-CFRP sera disponible à la fois sous forme de rouleau préimprégné et de film de résine mince pouvant optimiser les matériaux préimprégnés traditionnels ou assembler adhésivement deux matériaux avec une connexion mécanique, thermique et électrique améliorée et une durabilité accrue.

Le ZT-CFRP ouvre également une large gamme d'applications potentielles, de l'automobile à l'espace, en passant par le sport comme le golf. « Avec les voitures, par exemple, nous essayons constamment de garantir un haut niveau de sécurité pour les passagers, tout en cherchant à réduire le poids et donc la consommation d'énergie », explique le Dr. Sebastian Kirmse. « Le ZT-CFRP pourrait remplacer l'aluminium comme matériau de choix pour le châssis. Ce n'était pas possible avec les PRFC conventionnels, surtout pour les pièces exposées à des charges thermiques accrues. » Le nouveau composite pourrait aussi s'utiliser de manière similaire dans les engins spatiaux. De plus, les clubs de golf devraient devenir plus légers et plus puissants avec ce matériau. Le Dr. Sebastian Kirmse ajoute que, grâce à ses propriétés multifonctionnelles, le matériau implique un spectre élargi d'applications possibles, qui seront explorées pendant le projet en collaboration avec les partenaires.