fr.wedoany.com Rapport : L'Université des sciences appliquées d'Aix-la-Chapelle (FH Aachen) a utilisé une nouvelle technologie plasma pour réduire le temps de l'étape clé de stabilisation dans la production de fibres de carbone de 60 à 7 minutes, avec une réduction de la consommation d'énergie de 80 % et une diminution de la longueur de la ligne de production de 30 mètres à environ 4 mètres.
Les fibres de carbone sont des matériaux de renforcement pour les composites (plastiques renforcés de fibres, PRF), largement utilisés dans la construction aéronautique, l'industrie automobile et les rotors d'éoliennes. Actuellement, les fibres de carbone sont généralement produites à partir de plastique polyacrylonitrile (PAN) dans des fours, un processus complexe et coûteux. Les fibres PAN sont généralement fabriquées par Bayer (marque Dralon) ou Hoechst (marque Dolan). Le procédé traditionnel comporte deux étapes : la stabilisation et la carbonisation. Lors de la stabilisation, les fibres PAN traversent un four industriel d'environ 30 mètres de long à une vitesse millimétrique, chauffées à environ 300 °C pendant 60 minutes, ce qui entraîne une consommation d'énergie considérable et des coûts de construction d'usine élevés.
Les chercheurs de l'Institut de micro-ondes et de technologie plasma (IMP) de l'Université des sciences appliquées d'Aix-la-Chapelle ont découvert qu'un plasma indépendant pouvait changer la donne. Lors des premières tentatives, le traitement de la surface du PAN avec un jet de plasma a montré que, bien que le plasma fournisse suffisamment d'énergie, l'action du jet concentrait l'énergie sur des points spécifiques de la fibre, provoquant sa perforation. De plus, les plasmas artificiels traditionnels dépendent de composants tels que des électrodes. Le directeur de l'IMP, le Prof. Dr. Holger Heuermann, a indiqué que l'équipe de recherche a réussi à séparer le plasma des électrodes et à façonner librement la forme du plasma, produisant un plasma indépendant à expansion cylindrique. Ce plasma peut être utilisé comme un outil, permettant aux fibres PAN de le traverser sans contact direct, avec une chaleur uniforme, évitant les perforations et permettant une stabilisation contrôlée.
Avec cette nouvelle méthode, les fibres PAN traversent le dispositif à une vitesse de 1 millimètre par seconde, réduisant le temps total de séjour de 60 minutes à seulement 7 minutes pour une stabilisation complète. La consommation d'énergie de l'étape de stabilisation est réduite de 80 %, et la longueur de la ligne de production passe de 30 mètres à environ 4 mètres. Les chercheurs soulignent que le dispositif peut être encore optimisé pour une configuration industrielle, par exemple avec 16 nouveaux dispositifs plasma disposés en parallèle dans une matrice 4×4, ce qui réduirait le temps de séjour des fibres dans le four à 6 minutes. Une optimisation supplémentaire pourrait permettre de réduire ce temps à au moins 4 minutes.
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