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Le plastique : un matériau innovant

09.12.2013 – Besançon

Sébastien MOUSSARD – Ingénieur Matériaux

Matériautech®

39 rue de la Cité, 69003 Lyon

Matériautech® / Sébastien Moussard / Le plastique : un matériau innovant / 09.12.2013 2

Sommaire

1. Présentation de la Matériautech®

2. Enjeux des matériaux

3. Le plastique : un matériau

• performant

• fonctionnel

• intelligent

4. Biomatériaux et recyclage

5. Fabrication additive : la nouvelle révolution industrielle

6. Conclusions


Matériautech®

Materiautech® - Lyon

La Matériautech® :

Un outil de mise en relation pour plus de 650 industriels par an ayant une problématique

liée au développement de nouveaux produits plastiques ou à l’innovation.

Un espace dédié aux innovations matières / process regroupant près de 600 matières

plastiques

Un réseau regroupant centres techniques, fabricant matières/additifs, spécialistes de la

décoration, …

GEM®


Les Matériautech®, sont des centres de compétences européens en Plasturgie et Eco-Conception.

En Europe LYON / GENERALISTE (Allizé Plasturgie)

ITALIE / MATIERES TECHNIQUES HT (Proplast)

OYONNAX / INJECTION & COMPOSITES (PEP)

SOPHIA ANTIPOLIS / BIOMATERIAUX (Carma)

SAINT- ETIENNE / DESIGNER (Cité du Design)

ALES / NANOMATERIAUX (Ecole des Mines)

Développements en cours Allemagne / Espagne

7 Materiautech®

PARIS / GENERALISTE (Fédération de la Plasturgie)


Enjeux des matériaux

Enjeu environnemental

• Réduction des consommations énergétiques

• Réduction des gaz à effets de serre

• Recyclage

Amélioration des performances / développement de matériaux intelligents et performants

• Besoin de nouvelles fonctionnalités (antibactérien, légèreté, performances mécaniques, substitution des matériaux traditionnels…)

Enjeu économique

Enjeu réglementaire

• REACH, interdiction du BPA …

Le plastique : un matériau performant


Les plastiques hautes performances

Matière : PA + fibres de verre longes

Bénéfices :

Allégement

Excellents propriétés mécaniques :

résistance à la fatigue, résistance

sous contrainte en température

Liberté de design

Résistance mécanique

Matière : LCP, polymère à cristaux liquides

Bénéfices :

Résistance : -25°C à +250°C

Contact alimentaire

Substitution métal

Résistance thermique


Les plastiques hautes performances

Résistance chimique /

Résistance au feu

Matière : PEEK

Bénéfices :

Résistance jusqu’à 310°C (période

courte)

Résistance aux acides, solvants

Résistance au feu V0

Applications : Aéronautique, médical

(biocompatible), automobile

Matière : PPS Ultrason BASF

modifié fibres de carbone + PTFE

Bénéfices :

Offre une excellente résistance

aux frottements

Résistance à l’huile

Remplacement pièces en Al

Liberté de design

Résistance à l’abrasion / aux

frottements

Pompes à huile


La substitution des métaux par des composites

Avantages

• Gain de masse (30 à 50% par rapport au métal)

• Importantes caractéristiques mécaniques

• Faible sensibilité à la fatigue, à la corrosion.

• Possibilité de réaliser des structures de formes

complexes

Applications : Automobile, haillon arrière 508SW en

composite thermodur associé thermoplastique

Bras pour pédale

d’automobile

Gain : 60 % poids


0%

20%

40%

60%

80%

100%

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Composites dans l’aéronautique

A310

3-5%

A350

50%

A380

22% A330

10-15%

EC135

~40%

NH190

~85%

EC Tiger

~70%

% de la masse totale

Le plastique : un matériau fonctionnel


Traçabilité et sécurisation des produits

Intégration de marqueurs sous forme de poudres micrométriques

émettant une lumière

niveau 1 niveau 2 niveau 3 niveau 4

Visible

Invisible

Lecteurs simples

Lampe UV

Invisible

Lecteurs spécifiques

Spectrophotomètre

Invisible

Analyse en laboratoire

Microscopie

IDENTIFICATION AUTHENTIFICATION EXPERTISE

Emission de couleur sous UV

•Cristaux micrométriques

•Incolores dans la matière.

•Non toxiques

•Pas d’influence sur les propriétés du matériau

•Couleur adaptable selon la composition.

•Robuste


Traçabilité et sécurisation des produits www.olnica.com

Incorporation du marqueur dans la masse

- Identification : ✔ sous UV B

- Authentification : ✔

- Expertise : ✔

Analyse OT1®

ADN Moléculaire®

Sans marqueur Marqueur vert


Options

actuelles

Métal - aluminium

Applications

usuelles

Refroidisseur et interface thermique:

• Eclairage à technologie LED (général, transport).

• Equipement électronique.

• Equipement industriel (pompes, compresseur,

climatisation…).

Solution

plastiques

• Solutions conductrices thermiques

thermoplastiques

Bénéfices • Dissipation de chaleur et régulation de

température.

• Elimination de points chauds.

• Diminution des risques de chocs électriques.

• Flexibilité en conception

• Résistance à la corrosion.

• Faible densité.

• Mise en œuvre par injection classique des

thermoplastiques

Les plastiques conducteurs thermiques


Les plastiques conducteurs électriques

Options

actuelles

Métal

Applications

usuelles

Connecteurs, câblerie, appareils de mesure,

application médicales, appareils de

communication

Solution

plastiques

• Solutions thermoplastiques avec propriété de

conductivité électrique

Besoin • Eviter l’attraction de poussière

• Empêcher le phénomène de décharge

électrostatique

• Protection contre les interférences

électromagnétiques

Bénéfices • Liberté de conception permettant l’intégration

de pièces et de fonctions

• Elimination des opérations secondaires

• Réduction des coûts et délais de fabrications

• Résistance à la corrosion

• Réduction de poids


La substitution du métal par des plastiques

Augmentation de la valeur perçue grâce à l’illusion métal

• Masse du métal : densité de 2,0 to 11,0 g/cm3

• Toucher froid du métal : conductivité thermique x10

• Apparence métal : métallisation de surface

Application médicale : blindage des rayons X, Gamma

• Substitution du plomb

• Solutions non toxiques

• Liberté de design


Les plastiques à mémoire de forme

Capacité d’un plastique à retrouver après déformation sa forme

initiale sous l’effet de la température

Applications : Médical - Dispositif implantable :

Remplacement des « stents » en alliage métallique (à mémoire de forme)


Les plastiques autoréparables

Capacité d’un plastique à retrouver sa forme initiale lorsque le

matériau est endommagé

Principe : réparation grâce au mouvement des chaînes polymères

Durée d’autoréparation dépendant de la température d’utilisation et de Tg

Application : médical, BTP, revêtements, canalisations …


Autres fonctionnalités des plastiques

Toucher : soft, velours, soyeux, grip …

Photoluminescents

Thermochromiques

Photochromiques

Olfactifs

Antibactériens

…

Le plastique : un matériau intelligent



Plastronique

• Objectif : apporter de « l'intelligence » aux pièces plastiques

• Principe : se débarrasser des cartes électroniques pour intégrer leurs

fonctions directement à l'intérieur des pièces plastiques

Bénéfices :

Augmentation des

fonctionnalités : 14 au lieu de 7

Réduction de la taille de la pièce

30% : Allégement

Fonctionnalisation de pièces

complexes



Fonctionnalisation de films plastiques

Exemple : Utilisation de films PET transparents avec des structures

métalliques conductrices + technologie IMD/IML

• Pavé tactile, pas de boutons , Nouveaux design possibles

• Intégration de plusieurs fonctions (gain de poids, gain d’énergie)

• Pas d’étapes d’assemblage


Les technologies OLED

Principe : empilement de couches de polymères organiques semi-

conducteurs

Applications : écrans extra-plats, voire flexibles et donc « roulables »

Le plastique : un matériau respectueux de l’environnement


Les bioplastiques, une alternative de demain

<1% de la production totale de plastiques + 500% entre 2011 et 2015

Source : European bioplastics

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

2009 2010 2011 2015

1;0

00 m

etr

ic tons

Non biodegradable (biosourcés)Biodegradable (incl. non biosourcés)

249

1016 1161

5799

Production mondiale de bioplastiques


Bioplastiques biodégradables

Potentiel des plastiques biodégradables:

• Films biodégradable pour agriculture, emballage

• Développement de matériaux biorésorbables : capacité à disparaître

progressivement et complètement, après introduction dans

l’organisme

Limites des plastiques biodégradables

• Propriétés techniques limitées (thermiques, mécaniques, barrière…)

• Domaines d’application limité

Stent biorésorbable pour des applications

cardiologiques en PLA

Cardiosource

Films agricoles

Biomax®

Dupont


Bioplastiques non biodégradables

Fort potentiel des plastiques biosourcés (non biodégradables)

• Propriétés identiques aux plastiques traditionnels (PE, PET, PA,

PPA …) Excellentes propriétés thermomécaniques, recyclable

• Réalisation d’emballages actifs permettant d’améliorer les

propriétés organoleptiques et de conservation

- Capacité d’absorption (O2, humidité)

- Capacité de desorption des additifs (agents anti-microbiens), …

Bio-PE Bio-PET Bio-PPA Bio-PA


Intégration jusqu’à 90% de bois

Facilité de mise en forme (injection, extrusion…)

Augmentation des propriétés mécaniques : gamme WOODFORCE

permet de substituer la fibre de verre

Biocomposites

+ Compoundage Moulage par injection

=

Platine de rétroviseur

Lame de terrasse


Consommateur

Collecte

Tri

broyage

Régénération

Produits finis (bouteilles, …)

Le recyclage des matières plastiques

Problématique

• variabilité des prix des matières

premières

• exigences environnementales

1 million T par an de PET recyclé en

Europe

• De bouteilles à bouteilles

Obstacles du recyclage

• Pièces multi matériaux

• Présence de pollutions /

substances indésirables

Bouteilles PET

La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle ?



Procédé de mise en forme d’une pièce par empilement

de couches successives de matières sans utilisation

d’outillages conventionnels

Pas besoin de développer d’outillages

Complexité des pièces / liberté de design

Personnalisation / Individualisation / Différenciation

Flexibilité et réactivité sur le développement de

produits

Idée Conception pièce Conception et Fabrication d’outillage Production

Impression Idée Conception pièce

Time to market



Prototypes fonctionnels

Prototypes multi matières

Aéronautique

Carter d’huile Collecteur d’admission d’air Conduits d’airs en PA

Automobile



Petites séries (≥1)

Personnalisation des produits

Personnalisation

Remplacement de pièces Médical

Association avec un

CT-scan

Fabrication d’implant en PEEK


La plasturgie : un secteur d’avenir

Sébastien MOUSSARD Ingénieur matériaux

Tél : +33 (0) 426 682 857 [email protected]

Gilles GAUTHIER Materiautech® Manager Tél : +33 (0) 426 682 856

[email protected]

39 rue de la Cité 69441 LYON - Cedex 03 France

www.materiautech.org

Merci pour votre attention

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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