Un nouveau matériau composite plus résistant à la chaleur et plus léger que le métal
Les flammes directes et les incendies de batteries haute énergie mettent rapidement à mal les composites polymères classiques. Les ingénieurs devaient jusqu’ici choisir entre des composites à base de titane, lourds, et des composites céramiques, qui résistent à la chaleur, mais dont la production est plus complexes et plus coûteuse.
Étendre les composites au domaine des métaux
Pour résoudre ce dilemme, le projet C-PREG 400 financé par le CEI(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) a contribué au développement de FireX-Preg, une plateforme de préimprégnés haute température conçue pour combler le fossé entre les composites polymères classiques et les céramiques complexes, et ainsi permettre aux composites légers de remplacer les métaux dans les applications exigeant une forte résistance à la chaleur. «Avec FireX-Preg, notre objectif n’était pas simplement de développer un composite capable de résister à des températures plus élevées», confie Giuseppe Galimberti, coordinateur du projet et directeur général de Nano-Tech. «Nous voulions faciliter la fabrication de composites haute température et leur intégration à des matériaux existants, et permettre leur utilisation dans des composants pour lesquels ils ne constituaient jusqu’ici pas une alternative aux métaux.» La plateforme FireX-Preg représente une nouvelle génération de technologies de préimprégnés haute température, fondée sur une matrice hybride ultraréfractaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) et protégée par de nouveaux droits de propriété intellectuelle. Le matériau peut être renforcé avec des fibres de carbone, de verre ou hybrides et atteint un seuil thermique de DMA-Tg ≥ 400 °C. Mais ses applications ne se limitent pas à sa résistance à la chaleur: il fait office de barrière thermique, cesse de brûler lorsqu’il est enflammé et résiste à l’exposition aux carburants aéronautiques et aux produits chimiques. Puisqu’il ne dégage pas de gaz dans l’espace et laisse passer les signaux électromagnétiques, le matériau pourrait naturellement trouver sa place dans les systèmes satellitaires et les équipements de communication.
Plus facile à mouler, plus simple à recycler
Sur le plan industriel, FireX-Preg élimine les goulets d’étranglement de fabrication qui empêchent généralement l’adoption de nouveaux matériaux. Plutôt que d’imposer aux usines de longs et coûteux cycles de polymérisation, il peut être mis en œuvre avec des équipements classiques, notamment en autoclave, hors autoclave ou par moulage sous presse. La polymérisation dure 90 minutes à 135 °C ou 60 minutes à 180 °C. Pour les lignes de production à haute cadence, le matériau permet également des cycles d’emboutissage à chaud de seulement 15 minutes à 180 °C. Sa capacité de co-polymérisation modifie en outre la conception des composants. Les ingénieurs ne doivent plus concevoir une structure entière à partir de matériaux spécialisés, ils peuvent désormais appliquer FireX-Preg uniquement aux endroits nécessitant une protection contre la chaleur et le feu, et utiliser des composites structurels classiques ailleurs afin d’optimiser les coûts et le poids. La variante Glass-FireX-Preg, dans laquelle FireX-Preg est renforcé par des fibres de verre, présente un avantage supplémentaire de durabilité pour les aménagements intérieurs d’aéronefs, où les composites à fibres de verre sont courants et les exigences de résistance au feu particulièrement strictes. «Les pièces polymérisées peuvent être directement introduites dans des fours industriels classiques de production de verre comme matière première, sans retirer la matrice. Le composite retrouve ainsi son écosystème industriel d’origine et bénéficie d’une solution de fin de vie plus propre que celle des résines phénoliques traditionnelles», explique Giuseppe Galimberti.
Mis à l’épreuve du feu: hélicoptères et aviation électrique
Les performances du matériau ont été démontrées à l’échelle de composants et de systèmes, et non sur de simples échantillons de laboratoire. Dans le cadre d’un programme représentatif portant sur une cloison pare-feu d’hélicoptère, le remplacement par du FireX-Preg d’un élément en titane de 1,61 kg a permis de réduire le poids du composant de près de 48 %, tout en diminuant les coûts de production près de 57 %. Le matériau s’est révélé tout aussi performants lors d’essais de sécurité en aviation électrique. Lors d’un vaste essai d’incendie de batterie portant sur 216 cellules entièrement chargées, le boîtier FireX a contenu intégralement l’incendie, empêchant toute flamme, érosion, perforation de la structure ou fuite de gaz chauds. Grâce à la flexibilité de son déploiement, à la rapidité de ses cycles de polymérisation, à sa compatibilité avec les matériaux hybrides et aux résultats probants des essais, la plateforme FireX-Preg est passée du laboratoire à l’adoption industrielle. «Nous travaillons désormais à l’obtention de certifications aéronautiques spécifiques aux différents programmes et à l’introduction d’une conductivité électrique pour de futures applications de blindage contre les interférences électromagnétiques», conclut Giuseppe Galimberti.