Le nouveau préimprégné CFRP ignifuge de Toray établit une nouvelle norme pour la performance aérospatiale

Matériaux informatiques : IA pour optimiser retard de flamme et propriétés mécaniques du préimprégné carbone

Toray Industries Inc. (Tokyo, Japon) a développé un préimprégné plastique renforcé de fibre de carbone (PRFC) pour applications aérospatiales avancées. L'entreprise dit avoir exploité la technologie des matériaux informatiques — une technique combinant apprentissage automatique, densité théorique, simulations et bases de données — pour atteindre rapidement un retard de flamme optimal et une performance mécanique pour ce matériau. L'entreprise poussera les tests de démonstration pour élargir les applications et la demande de PRFC pour englober avions, automobiles et usage industriel général.

Défis du PRFC : retard de flamme et conductivité électrique

Selon Toray, bien que mécaniquement supérieur aux métaux, le PRFC a certains inconvénients fonctionnels, incluant le retard de flamme et la conductivité électrique ; par conséquent, améliorer ces propriétés est considéré comme souhaitable. Néanmoins, l'ingénierie et l'optimisation de différentes propriétés de retard de flamme et mécaniques impliquent une grande quantité de données expérimentales. Il a également été difficile de réduire les délais de développement, ajoute Toray.

Transformation digitale : analyse de problème inverse et carte auto-organisatrice

Dans le cadre de ses initiatives de transformation digitale, qui s'appuient sur les données et technologies numériques pour devenir plus compétitif, Toray a déployé les matériaux informatiques dans l'ingénierie PRFC et établi une technologie pour développer rapidement des matériaux en exploitant l'analyse de problème inverse pour affiner les designs matériaux basés sur les propriétés requises.

L'entreprise a utilisé une carte auto-organisatrice déployée dans une recherche conjointe avec l'Université Tohoku comme outil pour cette analyse, lui permettant d'identifier des combinaisons de matériaux appropriées pour atteindre les propriétés désirées via expériences. Cela a conduit à l'ingénierie réussie d'une résine matrice pour le renforcement fibre pour développer le préimprégné PRFC.

Résultats : -35 % taux de libération de chaleur, propriétés mécaniques équivalentes

Le préimprégné est dit fournir la résistance à la compression équivalente, la résistance thermique et autres propriétés mécaniques que les matériaux aérospatiaux actuels. En même temps, il délivre un taux de libération de chaleur 35 % plus bas, qui est le taux de chaleur généré par le feu, comparé à ceux matériaux. En outre, Toray prévoit d'appliquer l'analyse de problème inverse à la conductivité thermique, conductivité électrique et autres éléments pour aider à ingénier des préimprégnés hautement fonctionnels diversifiant les besoins dans les composants avion, automobile et usage industriel général.

Une partie des progrès de Toray dans cet effort de développement faisait partie de « Materials Integration » pour Revolutionary Design System of Structural Materials sous le Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program (SIP). Le SIP est dirigé par le Council for Science, Technology and Innovation (CSTI) du Cabinet Office, Gouvernement du Japon, que l'Agence japonaise pour la science et la technologie supervise.