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Composites thermoplastiques hautes performances :
des fibres de carbone craquées
pour une efficience élevée
David Lesueur
Responsable R&D
PI Plaine de l’Ain, allée des érables
01150 Blyes
Mob. : 06 07 71 93 96
Mail : [email protected]
Schappe Techniques
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Schappe Techniques
Textiles techniques
135 employés
Ventes 2012 : 13 M€
- France : 20% du CA
- Export : 80% du CA
ISO 9001/2008
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SCHAPPE TECHNIQUES et les composites à matrices
thermoplastiques :
Une marque TPFL® basée sur une technologie brevetée
Un objectif :
développer une structure textile drapable permettant le
moulage de formes complexes dans des temps de cycle
courts
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Matériaux pour composites TP : 2 propositions dominantes sur
le marché
Plaques pré-consolidées
 Estampage
 Formes simples / cycles courts
Fibres de renfort continues
Textiles pré-imprégnés TP (poudrage)
 Moulage compression
 Pièces complexes / cycles longs (drapage+thermique)
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Schappe Techniques : une offre alternative
Producteur de fibres
Fibres continues
Craquage, hybridation
Filature
Fils co-mêlés / préformes textiles
Producteurs de pièces composites
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La fabrication d’un fil TPFL®
Etirage/
Mélange
Filature/
Guipage
Bobinage
Craquage
Fibres discontinues mais très longues
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TPFL ® combinaisons matériaux
Reinforcement
Fibers
Matrix
Carbone
S2-Glass
Ceramique** (Nextel®, SiC)
Pa 12, Pa 6, Pa 6.6, PP*
PBT **
PEI
PPS
LCP**
Para-Aramide
Lin
PEEK
* en cours de développement
** sur demande
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TPFL® : mélange intime de fibres
TPFL®
Température
+ Pression
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Composite consolidé
Taux vide < 0,2 %
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Une interrogation : impact du craquage sur les propriétés
mécaniques :
 caractérisations exhaustives :
Sur pre-preg TD : Hexcel (Jacobsen), sur TPFL® : EPFL (Manson et al.), Univ. Irlande
(O’Bradaigh et al.)
 impact limité sur résistance traction
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TPFL® un 1er atout / formes complexes : drapabilité
Complexité des formes
Co-mêlé TPFL® : préforme
souple
Poudré/plaque : préforme + rigide
Orientation des
fibres
Injection
SMC, TRE
et BMC
TPFL®
Tissu TP
poudré
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UD ou plaque
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TPFL® 2ème atout / formes complexes : pseudo-ductilité lors
de la mise en œuvre : vérification expérimentale (Boisse et al.)
60,00
Glissement relatif des
fibres
50,00
Fibres continues
Tension (N)
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,00
Fibres discontinues
TPFL® carbone/Pa12 à 210°C
5,00
15 %
10,00
Strain (%)
15,00
20,00
Type de Préformes
Injection
SMC, TRE et
BMC
TPFL®
TD et TP
fibreslongues
UD
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Simulation numérique du comportement ductile des fibres
craquées pendant le moulage (Boisse et al.)
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Impact sur l’efficience du procédé / fibres continues :
Cas réel d’une pièce en TPFL® carbone/Pa12
Cadence : 1200 pièces /semaine – 2 équipes
Equipement : 1 ligne d’estampage
TPFL fabric stamping PEP.wmv
 Optimisation de l’utilisation matière : 78% vs 58%
 Taux de rebut (délaminages, plis) : < 2% vs > 7%
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Conclusions :
 la pseudo ductilité des TPFL® grâce aux fibres craquées permet de
concevoir des pièces en composites à matrices thermoplastiques
présentant des géométries complexes voire non développables
 facteurs de succès constatés :
 cas de passage direct du métal au composite TP.
 transition d’une solution type « black metal » en 2 étapes (consolidation
puis estampage) vers une solution simple étape (consolidation lors de la
mise en forme)
 une technologie adaptée à des séries  # 50000 pièces /an / outillage
 expansion des TP sera probablement lié à l’automobile mais avec des
technologies adaptées aux séries (RTM, injection réactive…)
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Références bibliographiques :
•Manson, J-A.E., “New demands on manufacturing of composite materials”, High
performance composites, eds Chawla, K.K., Liaw, P.K., Fishman, S.G., TMS,
Warrendale, Pennsylvania, 1994.
•Bourban, P.E., Bogli, A., Bonjour, F., Manson, J-A.E., “Integrated processing of
thermoplastic composites”, Composites science and technology, Vol. 58, 1998, pp. 633-637.
•Bourban, P.-E., Bonjour, F., Bernet, N, Wakeman, M.D, “Integration of Polymer and Composite Materials for
Enhanced Design Freedom and Cost-Efficiency”, Proc. of ICCM-12, Paris, 1999.
•Breuer, U., Neitzel, M., “The challenge of stamp forming high-strength thermoplastic
composites for transportation”, 42nd International SAMPE Symposium, May 4-8, 1997, pp. 1508-1519.
•Bernet, N Bourban, P.-E.,“commingled yarn composites for rapide processing of complex shapes”, Composites,
Part A 32 (2001) pp 1613-1626
•Rozant O, Bourban PE, Manson JAE, “Pre-heating of thermoplastic sandwich materials for rapide
thermoforming”, J. of thermoplastic composite materials, vol 13, November 2000, pp 510-524
•Martin PO, McDonnel P, Connor MT, Eder R, O’Bradaigh CM, “ process investigation of a liquid PA12/carbon fibre
moulding system”, Composites Part A (2001) pp 915-923
•McDonnel P, McGarvey KP, Rochford L, O’Bradaigh CM, “processing and mechanical properties evaluation of a
commingled carbon-fibre/Pa12 composite”, Composites part A (2001), pp 925-932
•Jacobsen G., “Mechanical characterization of stretch broken carbon fiber materials - IM7 fiber in 8552 resin”,
SAMPE, 2010.
•Wang P, Hamila N, Boisse P, Chaudet P, Lesueur D, « Thermo-mechanical behavior of stretch-broken carbon fibre
(SBCF) and thermoplastic resin composites during manufacturing”, Polymer Composites, to be published 2013.
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