Le secteur automobile fait progresser la performance des thermoplastiques d'ingénierie

Plusieurs entreprises ont introduit de nouveaux produits au salon. Par exemple, JM Polymers a ajouté trois nouveaux grades à sa gamme FiberX2 de polyamide 6/6 recyclé, moulable par injection, renforcé de fibres de carbone courtes. Source | Katie Okonski/SPE

La Society of Plastics Engineers (SPE, Bethel, Connecticut, États-Unis) s'est réunie à Troy, Michigan, États-Unis, le 7 mai pour tenir sa 14e Conférence sur les plastiques d'ingénierie automobiles (AutoEPCON). L'événement d'une journée comble l'écart de performance entre la conférence Auto TPO sur les polyoléfines d'ingénierie automobiles de la région de Detroit et la Conférence et Exposition sur les composites automobiles (ACCE) de SPE.

Le programme technique 2019 d'AutoEPCON comportait quatre conférences plénières plus 27 exposés techniques en trois sessions parallèles. Pendant les pauses matin et après-midi, 325 participants ont visité 21 expositions et réseauté, puis assisté à une réception du soir.

Fait intéressant, les thèmes persistants de la conférence de cette année étaient les résines polyamide (PA) et les thermoplastiques renforcés de fibres de carbone (CFRTP).

Pénurie de PA 6/6

Les polyamides étaient un focus majeur, en partie en raison d'une pénurie mondiale de PA 6/6, qui, avec le PA 6, est largement utilisé dans l'industrie automobile — tant vierge que renforcé, pour applications intérieures, extérieures, sous capot et groupe motopropulseur. Jusqu'à ce que les goulets d'approvisionnement se résorbent, les OEM et fournisseurs cherchent d'autres options, comme des polymères alternatifs ou du PA 6/6 recyclé, qui ne sacrifie pas la performance. Ce n'était pas une surprise, donc, de voir de nombreux exposants vanter des alternatives au PA 6/6 dans leurs présentations, ainsi que de nombreux conférenciers décrire des options vierges et recyclées. En fait, dans sa conférence plénière sur « Nylon et Polycarbonate : Comment on en est arrivé là et ce qui nous attend », Brendan Dooley, directeur mondial polymères d'ingénierie, IHS Markit (Houston, Texas, États-Unis), a discuté de la cascade d'événements malheureux qui a causé cette situation.

« Ce segment a eu plus que sa part de défis », a expliqué Dooley. « D'abord, un incendie catastrophique en 2015 dans une nouvelle usine d'adiponitrile en Chine a éliminé 18 % de l'approvisionnement mondial en monomère nécessaire pour produire le PA 6/6. Cette usine n'a pas été reconstruite. De plus, les approvisionnements ont été affectés par des perturbations causées par une météo excessivement chaude, excessivement froide, ouragans, pannes de services publics, incendies et actions syndicales. Et plus tard cette année, une usine d'adiponitrile en France fermera pour maintenance et mises à niveau. Bien que l'expansion finira par augmenter la capacité de production mondiale d'adiponitrile, à court terme elle rendra les approvisionnements encore plus serrés. » Dooley prévoit que les approvisionnements en PA 6/6 commenceront à s'améliorer en 2020 et devraient revenir à la parité de prix avec le PA 6 d'ici 2022.

Améliorations fibres de carbone

La fibre de carbone était un autre gros sujet, mais pour des raisons différentes. L'année dernière, seulement quelques conférenciers mentionnaient — et seulement quelques exposants mettaient en avant — les CFRTP. Cette année, cependant, ils ont été discutés dans au moins six sessions différentes, et dans une conférence plénière sur « Plastiques d'ingénierie et Fabrication Additive » par Kevin Quinn, directeur de la conception et fabrication additive, General Motors Co. (Detroit, Michigan, États-Unis). De plus, plusieurs entreprises ont introduit de nouveaux matériaux PA renforcés fibres de carbone (CF/PA) au salon.

Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc. a introduit son nouveau composé 40 % en poids CF/PPA appelé KyronMax ES 4240 (barre d'or dans le graphique ci-dessus) au 14e SPE AutoEPCON. Source | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

Parmi celles-ci, JM Polymers (Chicago, Illinois, États-Unis), qui l'année dernière a lancé sa gamme FiberX2 de grades recyclés, moulables par injection, de CF/PA 6/6 à fibres courtes. La fibre est récupérée de préimprégné aérospatial et la résine est recyclée d'articles de sport. L'offre initiale était de deux grades renforcés à 20 et 40 % en poids, mais cette année l'entreprise est revenue avec trois nouveaux grades. Deux comportaient 10 et 30 % en poids de fibres, tandis qu'un troisième comportait un hybride de fibres de carbone recyclées et fibres de verre vierges.

Voici les valeurs du module de flexion avant et après huit semaines de test de saturation en eau en utilisant PA 6/6 standard avec CF courte (paire de barres gauche) et CF longue (paire du milieu) vs le nouveau KyronMax 2330 de Mitsubishi (paire de droite). Source | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

Autre introduction de nouveaux grades CF/PA était une unité d'exploitation nouvellement formée du groupe Mitsubishi Chemical Holdings (MCHC) appelée Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc. (MCAM). Cette activité combine deux entreprises précédentes achetées par MCHC : Quadrant AG (Lenzburg, Suisse) — qui produit des composites thermoplastiques à mat de verre et formes thermoplastiques — et Piper Plastics Inc. (Chandler, Arizona, États-Unis) — un mouleur par injection devenu compoundeur qui produit des thermoplastiques moulables par injection, carbone court (6 millimètres/24 K brins) appelés KyronMax. Les matrices disponibles vont du PA 6/6 et polyphthalamide (PPA) jusqu'au polyétherimide (PEI) haute température, sulfure de polyphénylène (PPS), polyétheréthercétone (PEEK) et polyaryl éther cétone (PAEK). Selon les dires, une combinaison de chimie de traitement de surface unique, modifications de presse et excellente procesabilité ont aidé ces composés à remplacer non seulement les thermoplastiques verre court et verre court/minéral et thermoplastiques à fibres longues (LFT) mais aussi les métaux.

Voici les valeurs de résistance à la traction avant et après huit semaines de test de saturation en eau en utilisant PA 6/6 standard avec CF courte (paire de barres gauche) et CF longue (paire du milieu) vs le nouveau KyronMax 2330 de Mitsubishi (paire de droite). Source | Mitsubishi Chemical Advanced Materials Inc.

« Grâce à un meilleur écoulement et interaction fibres, les pièces moulées avec KyronMax n'ont pas seulement des contraintes internes plus faibles et moins d'orientation de fibres, mais elles ont aussi moins de retrait et déformation, des lignes de soudure plus fortes et sont plus précises dimensionnellement en sections épaisses ou fines », explique Alex Wojtysiak, gestionnaire comptes clés composites thermoplastiques carbone de MCAM. « Combinées, ces technologies nous ont aidés à introduire le premier composé structural moulable par injection à carbone court au monde qui brise la barrière des 60 000 psi [414 MPa] de résistance à la traction. » Introduit à AutoEPCON, ce nouveau grade, appelé KyronMax ES 4240, est du PPA à 40 % en poids carbone court.

MCAM a aussi introduit sa gamme 2300 S, qui offre la performance mécanique du CF/PA 6/6 avec une absorption d'humidité plus faible et une résistance chimique améliorée. La matrice est décrite comme polyamide mais n'est ni PA 6/6 ni PPA.

Un troisième produit débutant au salon que MCAM a spécifiquement développé pour applications automobiles sous capot est un grade CF/PA à plus haute température avec à la fois température de transition vitreuse et température d'utilisation continue valeurs aussi élevées que celles pour PEEK.

Wojtysiak dit que Piper manquait de ressources pour cibler l'industrie auto seul, mais maintenant que l'équipe fait partie de Mitsubishi, elle formule spécifiquement des grades pour et déploie des gens pour couvrir ce segment.

AutoEPCON reviendra en 2020 le 20 avril au Detroit Marriott Troy à Troy, Michigan, États-Unis.