Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes ISO 180 de décembre 2000, ISO 180/A1 de décembre 2006 et ISO 180/A2 d'avril 2013 citées dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN ISO 180 (T51-911) : Plastiques - Détermination de la résistance au choc Izod (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1912 (Janvier 2020).
La norme NF EN ISO 527-1 d'avril 2012 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 527-1 (T51-034-1) : Plastiques - Détermination des propriétés en traction - Partie 1: Principes généraux (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1909 (Octobre 2019).
Les normes NF EN ISO 178 de février 2011 et NF EN ISO 178/A1 de juin 2013 citées dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN ISO 178 (T51-001) "Plastiques - Détermination des propriétés en flexion" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1905 (mai 2019).
RÉSUMÉ
Cet article présente des pistes d’optimisation des propriétés thermo-mécaniques de compositions polymères biosourcées à base d’acide polylactique (PLA) pour des applications automobiles. L’influence de différents additifs, dont des nanotubes d’argile, est étudiée. Une autre piste s’intéresse aux mélanges ternaires PLA-PMMA-nodules élastomères. Après optimisation de cette composition à l’échelle laboratoire, un procédé de mise en forme adapté à une production industrielle à haute cadence est mis au point. Les propriétés mécaniques obtenues sont parfaitement compatibles avec des sollicitations à haute vitesse de déformation (type crash) mais la résistance thermique reste à améliorer.
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In this article, some paths for optimizing the thermo-mechanical properties of biosourced polymeric compositions based on polylactic acid (PLA) for automotive applications are presented. The impact of different additives, such as clay nanotubes, is studied. Other developments deal with PLA-PMMA-elastomeric nodule ternary blends. After this composition is optimized at the laboratory scale, a manufacturing process suitable for industrial high-rate production is designed. Mechanical properties are fully compatible with high strain rate loadings, such as crashes, but thermal resistance still needs improvement.
Auteur(s)
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Delphine NOTTA-CUVIER : Maître de Conférences - Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines (LAMIH) UMR CNRS 8201, Institut Carnot Arts, Université Polytechnique des Hauts-de-France (UPHF), Valenciennes, France
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Amani BOUZOUITA : Chercheur Postdoctoral - Institut Mines Télécom Lille Douai, Département Technologie des Polymères et Composites & Ingénierie Mécanique (TPCIM), Douai, France
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Jérémy ODENT : Assistant Docteur - Service des Matériaux Polymères et Composites (SMPC), Université de Mons, Mons, Belgique
-
Rémi DELILLE : Ingénieur de Recherche - Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines (LAMIH) UMR CNRS 8201, Institut Carnot Arts, Université Polytechnique des Hauts-de-France (UPHF), Valenciennes, France
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Marius MURARIU : Chercheur Senior - Service des Matériaux Polymères et Composites (SMPC), Materia Nova Materials R&D Centre, Mons, Belgique
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Franck LAURO : Professeur des Universités - Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines (LAMIH) UMR CNRS 8201, Institut Carnot Arts, Université Polytechnique des Hauts-de-France (UPHF), Valenciennes, France
-
Jean-Marie RAQUEZ : Chercheur Associé FRS-FNRS - Service des Matériaux Polymères et Composites (SMPC), Université de Mons, Mons, Belgique
-
Grégory HAUGOU : Maître de Conférences - Laboratoire d’Automatique, de Mécanique et d’Informatique Industrielles et Humaines (LAMIH) UMR CNRS 8201, Institut Carnot Arts, Université Polytechnique des Hauts-de-France (UPHF), Valenciennes, France
-
Philippe DUBOIS : Professeur Ordinaire - Service des Matériaux Polymères et Composites (SMPC), Université de Mons, Mons, Belgique
INTRODUCTION
Dans le secteur automobile, la prise en compte des problématiques environnementales par les citoyens et les instances politiques se traduit notamment par des réglementations de plus en plus contraignantes en termes d’émission de CO2. Pour parvenir aux objectifs fixés, les constructeurs et équipementiers automobiles déploient des efforts considérables afin de réduire la masse des véhicules et ainsi leur consommation en carburant et leurs émissions. En termes de matériaux, cela se traduit par une utilisation croissante des polymères, notamment thermoplastiques, en remplacement de matériaux métalliques de densité plus élevée. Ces matériaux polymères sont généralement renforcés afin de leur conférer des propriétés thermomécaniques compatibles avec les sollicitations mécaniques extrêmes et sous une large gamme de température typiques des applications en automobile.
Parallèlement, la réglementation fixe des objectifs de plus en plus élevés en termes de proportion de matériaux issus de ressources renouvelables dans les véhicules. Un nouveau défi consiste alors à développer des compositions polymères biosourcées ayant des propriétés thermomécaniques au moins analogues à celles des polymères pétro-sourcés pour l’automobile.
Parmi les polymères biosourcés disponibles pour des applications industrielles, l’acide polylactique ou polylactide (PLA) présente des propriétés particulièrement intéressantes, en particulier de hautes résistance et rigidité en traction et flexion et une mise en forme aisée, pour un coût abordable. Néanmoins, le PLA est fragile et a de faibles résilience et stabilité thermique.
Cet article présente une stratégie de développement progressif de compositions polymères biosourcées à base de PLA visant à leur conférer des propriétés compatibles avec un cahier des charges automobile.
Domaine : plastiques et composites
Degré de diffusion de la technologie : croissance
Technologies impliquées : extrusion, moulage par injection, caractérisation de comportement mécanique, DMA
Domaines d’application : ingénierie
Principaux acteurs français (liste non exhaustive)
-
Laboratoires de Recherche : LAMIH UMR CNRS 8201, Université Polytechnique des Hauts-de-France ; Département TPCIM, IMT Lille-Douai
-
Organisme : CRITT Polymères Picardie
Autres acteurs dans le monde (liste non exhaustive)
-
Laboratoire de Recherche : SMPC, Université de Mons, Mons (Belgique)
-
Centre de transfert industriel : Materia Nova Materials R&D Centre, Mons, -Belgique
-
Association : « European Bioplastics » Berlin, Allemagne
-
Producteur de PLA : Natureworks LLC (Etats-Unis)
Contact : [email protected]
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
automotive | polylactic acid | thermomechanical properties
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Perspectives et évolutions
En anglais
3. Vers l’industrialisation de la composition PLA70%/PMMA30%-17%BS120
3.1 Adaptation du procédé de mise en forme
Dans une démarche de transposition d’un procédé « laboratoire » vers un procédé industriel (scale-up), ce sont les modifications des paramètres d’extrusion qui ont potentiellement le plus d’influence sur les propriétés finales du matériau (les paramètres d’injection pouvant être globalement conservés d’une échelle à l’autre). L’extrudeuse de type industriel utilisée est une bi-vis à co-rotation Leistritz ZSE. On peut noter que le profil de la vis peut avoir une influence sur les propriétés du matériau extrudé. Toutefois, ce point n’a pas été étudié. Le « scale-up » de la phase d’extrusion s’est concentré sur l’optimisation du débit d’alimentation (3 composés introduits simultanément) et de la vitesse de rotation de la vis. Pour y parvenir, des compositions ternaires PLA/PMMA-BS ont été extrudées avec des vitesses de rotation de vis et des débits d’alimentation variant de 50 à 200 tr/min et de 0,6 à 4 kg/h, respectivement. On constate une corrélation directe entre l’augmentation de la vitesse de rotation des vis (c’est-à-dire l’augmentation du cisaillement du mélange fondu) et la diminution de la résilience des compositions. La vitesse de vis est donc fixée à 50 tr/min. De même, la résilience diminue avec l’augmentation du débit d’alimentation (c’est-à-dire avec la diminution du temps de séjour). Cependant, des débits inférieurs à 1,5 kg/h conduisent à des temps de séjour supérieurs à 5 min, ce qui n’est pas compatible avec les productions à haute cadence du secteur automobile. La vitesse d’alimentation optimale a donc été fixée à 1,5 kg/h.
Avec les paramètres retenus (50 tr/min, 1,5 kg/h), la résilience du PLA70%/PMMA30%-17%BS120 est de 18,2 kJ/m2. Comme déjà souligné, cette valeur est inférieure à celle obtenue pour le matériau issu du procédé en « laboratoire » (44 kJ/m2) en raison de la dépendance de la morphologie des nodules élastomères aux conditions de cisaillement du mélange fondu au cours de l’extrusion. Il est aussi apparu qu’une diminution du temps de séjour dans l’extrudeuse conduisait à une taille de nodule...
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Vers l’industrialisation de la composition PLA70%/PMMA30%-17%BS120
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Directive du Parlement européen , du Conseil - * - n° 2000/53/CE du 18 septembre 2000 et actes modificatifs ultérieurs.
-
(2) - BOUZOUITA (A.) et al - Design of highly tough poly(L-lactide)-based ternary blends for automotive applications. - Journal of Applied Polymer Science, vol. 133 (2016).
-
(3) - NOTTA-CUVIER (D.) et al - Tailoring polylactide properties for automotive applications : effects of co-addition of halloysite nanotubes and selected plasticizer. - Macromolecular Materials and Engineering, vol. 300, p. 684-698 (2015).
-
(4) - LIM (L.T.) et al - Processing technologies for poly(lactic acid). - Progress in Polymer Science, vol. 33, p. 820-852 (2008).
-
(5) - NOTTA-CUVIER (D.) et al - Tailoring polylactide (PLA) properties for automotive applications : Effect of addition of designed additives on main mechanical properties. - Polymer Testing, vol. 36, p. 1-9 (2014).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Directive du Parlement européen et du Conseil n° 2000/53/CE du 18 septembre 2000, et actes modificatifs ultérieurs.
HAUT DE PAGE
Novodur H801 (Styrolution)
http://www.ineos-styrolution.com
Hesta com (LyonDellBasell)
https://productsafety.lyondellbasell.com
Plexiglas (Evonik)
http://www.plexiglas-polymers.com
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