Le plastique : un matériau innovant

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1 Le plastique : un matériau innovant Besançon Sébastien MOUSSARD Ingénieur Matériaux Matériautech 39 rue de la Cité, Lyon

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 2

3 Matériautech Materiautech - Lyon GEM 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 3 Un réseau regroupant centres techniques, fabricant matières/additifs, spécialistes de la décoration,

4 7 Materiautech Les Matériautech, sont des centres de compétences européens en Plasturgie et Eco-Conception. En Europe LYON / GENERALISTE (Allizé Plasturgie) PARIS / GENERALISTE (Fédération de la Plasturgie) OYONNAX / INJECTION & COMPOSITES (PEP) SOPHIA ANTIPOLIS / BIOMATERIAUX (Carma) SAINT- ETIENNE / DESIGNER (Cité du Design) ALES / NANOMATERIAUX (Ecole des Mines) ITALIE / MATIERES TECHNIQUES HT (Proplast) Développements en cours Allemagne / Espagne 4

5 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 5 REACH, interdiction du BPA

6 Le plastique : un matériau performant

7 Les plastiques hautes performances Résistance mécanique Résistance thermique Matière : PA + fibres de verre longes Bénéfices : Allégement Excellents propriétés mécaniques : résistance à la fatigue, résistance sous contrainte en température Liberté de design Matière : LCP, polymère à cristaux liquides Bénéfices : Résistance : -25 C à +250 C Contact alimentaire Substitution métal 7

8 Les plastiques hautes performances Résistance à l abrasion / aux frottements Résistance chimique / Résistance au feu 8 Pompes à huile 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 Matière : PEEK Bénéfices : Résistance jusqu à 310 C (période courte) Résistance aux acides, solvants Résistance au feu V0 Applications : Aéronautique, médical (biocompatible), automobile

9 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 9

10 Composites dans l aéronautique % de la masse totale 100% NH190 ~85% 80% EC Tiger ~70% 60% EC135 ~40% A350 50% 40% 20% A % A % A380 22% 10 0%

11 Le plastique : un matériau fonctionnel

12 Traçabilité et sécurisation des produits Intégration de marqueurs sous forme de poudres micrométriques émettant une lumière 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 niveau 1 niveau 2 niveau 3 niveau 4 Visible Invisible Invisible Invisible Lecteurs simples Lampe UV Lecteurs spécifiques Analyse en laboratoire Spectrophotomètre Microscopie IDENTIFICATION AUTHENTIFICATION EXPERTISE 12

13 Traçabilité et sécurisation des produits Incorporation du marqueur dans la masse - Identification : sous UV B Marqueur vert Sans marqueur - Authentification : Analyse OT1 - Expertise : ADN Moléculaire 13

14 Les plastiques conducteurs thermiques 14 Options actuelles Applications usuelles Solution plastiques Bénéfices Métal - aluminium Refroidisseur et interface thermique: Eclairage à technologie LED (général, transport). Equipement électronique. Equipement industriel (pompes, compresseur, climatisation ). Solutions conductrices thermiques thermoplastiques 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

15 Les plastiques conducteurs électriques Options actuelles Applications usuelles Solution plastiques Besoin Bénéfices Métal Connecteurs, câblerie, appareils de mesure, application médicales, appareils de communication Solutions thermoplastiques avec propriété de conductivité électrique Eviter l attraction de poussière Empêcher le phénomène de décharge électrostatique Protection contre les interférences électromagnétiques 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 15

16 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 16

17 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) 17

18 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 18

19 Autres fonctionnalités des plastiques Toucher : soft, velours, soyeux, grip Photoluminescents Thermochromiques Photochromiques Olfactifs Antibactériens 19

20 Le plastique : un matériau intelligent

21 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 21 Bénéfices : Augmentation des fonctionnalités : 14 au lieu de 7 Réduction de la taille de la pièce 30% : Allégement Fonctionnalisation de pièces complexes

22 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 22

23 Les technologies OLED Principe : empilement de couches de polymères organiques semiconducteurs Applications : écrans extra-plats, voire flexibles et donc «roulables» 23

24 Le plastique : un matériau respectueux de l environnement

25 1;000 metric tons Les bioplastiques, une alternative de demain Production mondiale de bioplastiques Non biodegradable (biosourcés) Biodegradable (incl. non biosourcés) <1% de la production totale de plastiques + 500% entre 2011 et Source : European bioplastics

26 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 Films agricoles Stent biorésorbable pour des applications cardiologiques en PLA 26 Biomax Dupont Cardiosource

27 Bioplastiques non biodégradables Fort potentiel des plastiques biosourcés (non biodégradables) Propriétés identiques aux plastiques traditionnels (PE, PET, PA, PPA ) Excellentes propriétés thermomécaniques, recyclable Bio-PET Bio-PE Bio-PPA Bio-PA Réalisation d emballages actifs permettant d améliorer les propriétés organoleptiques et de conservation - Capacité d absorption (O 2, humidité) - Capacité de desorption des additifs (agents anti-microbiens), 27

28 Biocomposites + Compoundage Moulage par injection = 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 Platine de rétroviseur Lame de terrasse 28

29 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 Produits finis (bouteilles, ) Consommateur Collecte Obstacles du recyclage Pièces multi matériaux Présence de pollutions / substances indésirables Régénération Bouteilles PET Tri broyage 29

30 La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle?

31 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 Time to market Idée Conception pièce Conception et Fabrication d outillage Production 31 Idée Conception pièce Impression

32 La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle? Prototypes multi matières Aéronautique Prototypes fonctionnels Automobile 32 Conduits d airs en PA Carter d huile Collecteur d admission d air

33 La fabrication additive : nouvelle révolution industrielle? Petites séries ( 1) Personnalisation des produits Médical Fabrication d implant en PEEK Personnalisation Remplacement de pièces Association avec un CT-scan 33

34 La plasturgie : un secteur d avenir 34

35 Merci pour votre attention 39 rue de la Cité LYON - Cedex 03 France Gilles GAUTHIER Materiautech Manager Tél : +33 (0) g.gauthier@materiautech.org Sébastien MOUSSARD Ingénieur matériaux Tél : +33 (0) s.moussard@materiautech.org