Georges Pernoud (France) et le centre de recherche néerlandais développent un moule de formage pour composites thermoplastiques

fr.wedoany.com Rapport : Le 9 novembre, le fabricant français de moules Georges Pernoud et le centre de recherche néerlandais sur les composites thermoplastiques (TPRC) ont annoncé les avancées d'un projet conjoint de développement d'une technologie de moule de formage pour composites thermoplastiques. Les deux parties ont développé un système de démonstration de moule combinant le formage à chaud et le surmoulage par injection, destiné à étudier le formage composite de matériaux renforcés de fibres continues et de matériaux thermoplastiques à fibres courtes, ainsi que les modes d'intégration d'inserts métalliques et d'inserts composites dans des pièces structurelles.

Ce projet de recherche a été lancé fin 2022. À cette époque, le TPRC recherchait un partenaire disposant d'une expérience en conception et fabrication de moules pour hautes températures et hautes pressions, afin de soutenir ses recherches sur le surmoulage de composites thermoplastiques. Georges Pernoud avait déjà mené plusieurs projets de développement avec Solvay (aujourd'hui Syensqo), membre du TPRC, et a été recommandé par cette entreprise pour participer à la conception de cette solution de moule.

La pièce de démonstration conçue par les deux parties adopte une structure en V, comprenant 4 nervures de renforcement, une zone plane, un insert métallique et un insert composite. Concernant la combinaison de matériaux, la partie renforcée de fibres continues utilise des bandes préimprégnées unidirectionnelles Toray T700G TC1225, tandis que le matériau de surmoulage est le Victrex PEEK 90HMF40, un polyétheréthercétone haute performance contenant 40 % de fibres de carbone coupées. Cette structure peut être fabriquée selon un procédé en une ou deux étapes, afin de comparer l'influence des différentes voies de formage sur les performances structurelles et la qualité de liaison interfaciale.

Dans la solution de formage en une étape, le moule doit être adapté à la presse à injecter KraussMaffei KM 160 CX 750 et équipé d'un bras robotisé pour le transfert des stratifiés préchauffés. Le stratifié renforcé de fibres continues est d'abord chauffé au-delà de sa température de fusion, puis transféré dans le moule par le bras robotisé, où le formage à chaud est réalisé dans la même séquence d'équipement, suivi immédiatement du surmoulage par injection. Les inserts métalliques et composites doivent également pouvoir être positionnés manuellement, de sorte que la structure du moule doit concilier le transfert automatisé et les opérations d'installation des inserts.

La principale difficulté de conception du moule réside dans le contrôle de la température, de la pression et de la stabilité dimensionnelle. Le stratifié renforcé de fibres continues est sensible aux variations de température lors du chauffage, du transfert et du formage en moule, tandis que le surmoulage par injection ultérieur génère des pressions élevées. Le moule doit supporter la pression d'injection tout en maintenant la position des inserts et des couches renforcées de fibres, afin d'éviter la déformation des matériaux, les désalignements ou les liaisons interfaciales non uniformes. Ce système de démonstration servira à étudier la disposition des nervures de renforcement, les modes de connexion des inserts et les interactions entre les différentes étapes de formage.

Le TPRC utilisera également cette pièce de démonstration pour réaliser des essais mécaniques sur pièce réelle et les comparer aux résultats de simulations numériques, afin d'analyser le comportement de liaison entre la couche renforcée de fibres continues et le matériau injecté à fibres courtes. Les recherches associées portent sur la rigidité structurelle, l'effet de renforcement local et la transmission des charges des inserts composites, fournissant une base expérimentale pour la conception et la fabrication de pièces structurelles complexes en composites thermoplastiques.

Le procédé concerné par cette collaboration combine les performances structurelles des stratifiés renforcés de fibres continues et les capacités de formage par injection des matériaux thermoplastiques à fibres courtes dans un même système de moule. Par rapport à la fabrication séparée de pièces structurelles suivie d'une connexion mécanique ou d'un assemblage ultérieur, ce type de solution de formage intégré permet de réduire les opérations d'usinage et de connexion indépendantes.