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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
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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®
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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)
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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 …
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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 …
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Autres fonctionnalités des plastiques
Toucher : soft, velours, soyeux, grip …
Photoluminescents
Thermochromiques
Photochromiques
Olfactifs
Antibactériens
…
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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
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Le plastique : un matériau intelligent
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
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Les technologies OLED
Principe : empilement de couches de polymères organiques semi-
conducteurs
Applications : écrans extra-plats, voire flexibles et donc « roulables »
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle ?
Prototypes fonctionnels
Prototypes multi matières
Aéronautique
Carter d’huile Collecteur d’admission d’air Conduits d’airs en PA
Automobile
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La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle ?
Petites séries (≥1)
Personnalisation des produits
Personnalisation
Remplacement de pièces Médical
Association avec un
CT-scan
Fabrication d’implant en PEEK
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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
39 rue de la Cité 69441 LYON - Cedex 03 France
www.materiautech.org
Merci pour votre attention