Les composites à base de fibres de verre (PRV) à l'échelle industrielle sont généralement durcis à la chaleur. Une solution plus élégante et plus rapide consiste à consolider les plastiques à base de fibres de verre sous UV dans le cadre d'un processus de production en ligne. Grâce à des formulations de résine appropriées et à la bonne technologie de rayonnement, les feuilles, les manchons ou les profilés peuvent être durcis et séchés directement dans le processus en l'espace de quelques minutes. Pour cette variante de processus durable, IST Metz GmbH & Co. KG a reçu le ThinKing en mars. En effet, le séchage UV peut non seulement fonctionner sans CO2, mais il est aussi particulièrement adapté à la production en série grâce à des temps de passage rapides.
L'agence nationale du Bade-Wurtemberg pour les constructions légères présente cette innovation avec son ThinKing en mars 2022. Avec ce label, Leichtbau BW GmbH offre une plateforme mensuelle aux produits et services innovants du Bade-Wurtemberg dans le domaine de la construction légère.
En un coup d'œil :
- Des temps de production courts : Le durcissement à l'aide d'une lumière à haute énergie ne prend que quelques minutes.
- Pas d'émissions de CO2 : Le processus de durcissement par la lumière ne produit pas de CO2 si l'on utilise de l'électricité verte.
- Efficacité énergétique : La source d'énergie lumineuse n'a pas besoin d'être préchauffée ou maintenue à la température de fonctionnement. Elle ne nécessite de l'énergie que pour le processus de consolidation.
- Réduction des coûts : La consolidation des composites a lieu directement dans le processus. Le transport vers une chambre de durcissement et la manipulation des produits semi-finis ne sont pas nécessaires.
- Durable : Le système de résine monocomposant, plus respectueux de l'environnement, ne nécessite ni styrène ni solvants.
- « L'industrie chimique a fait de tels progrès dans la formulation des résines durcissant aux UV que nous pouvons désormais proposer le durcissement aux UV dans la production en série de pièces en plastique composite à base de fibres comme une étape du processus en ligne », déclare Arnd Riekenbrauck, Senior Manager New Markets chez IST Metz GmbH & Co. KG.
Pour fabriquer des composants ou des produits semi-finis en PRV, les fibres (de verre) imprégnées de résine sont d'abord façonnées dans la forme souhaitée - pour les feuilles en tant que grilles, enroulées pour les manchons ou pultrudées pour les profilés. Le système fibre-résine imprégné est ensuite réticulé, durci et séché par application d'énergie. Jusqu'à présent, de longues lignes de traitement chauffées étaient nécessaires pour les produits en feuilles ou les profilés, et des fours ou des chambres de séchage pour les pièces enroulées. Des installations de grande taille, une consommation d'énergie et un temps de travail élevés, ainsi que des tâches de transport et de manutention supplémentaires ont jusqu'à présent caractérisé cette étape du processus dans la production de composants légers.
Un séchage en ligne rapide et élégant
Cette situation pourrait changer brusquement avec l'utilisation du procédé UV. En effet, les fibres de verre conviennent parfaitement au durcissement par UV en raison de leur radiotransparence. Quelques secondes à quelques minutes suffisent pour consolider les systèmes de matrices de fibres avec des sources de rayonnement UV ou UVVis. Après durcissement et refroidissement, le composant est immédiatement chargeable et peut être traité ultérieurement. « Dans une application, nous avons pu raccourcir une ligne de production de plus de 80 % », rapporte Arnd Riekenbrauck. Dans un autre cas, une minute d'irradiation UV a suffi pour consolider un manchon en PRV de 50 centimètres de long produit par le procédé d'enroulement filamentaire. En raison de ces temps de cycle courts, le procédé de durcissement par UV est idéal pour les processus en série et en continu. Ce procédé est également un bon choix pour les pièces particulièrement grandes.
Les applications idéales se trouvent donc - dans presque toutes les industries - en ligne dans les processus continus tels que la pultrusion ou la production de matériaux plats, mais aussi dans les processus RTM ou les processus BMC/SMC.
Économies d'énergie, absence de styrène et de CO2
Contrairement à un four ou à une ligne chauffés en continu, les sources de rayonnement UV ne consomment de l'énergie que lorsqu'elles sont nécessaires à la consolidation. Les coûts énergétiques peuvent donc être directement convertis en coûts unitaires. En outre, elles peuvent fonctionner avec de l'électricité verte, ce qui permet d'éviter les émissions de CO2. Toutes applications confondues, le séchage UV ne nécessite en moyenne qu'environ 30 % de l'énergie des procédés thermiques. Dans l'exemple du manchon enroulé mentionné ci-dessus, la quantité d'énergie nécessaire était d'environ 0,25 kW par pièce.
Les systèmes de résine monocomposants à base d'époxy-acrylates qui conviennent au durcissement aux UV ont une durée de vie en pot théoriquement illimitée. Selon l'application, l'effort de nettoyage est donc réduit et le mélange peut être supprimé. Il y a moins de déchets de production. En outre, les résines ne nécessitent pas de styrène ou d'autres solvants. En termes de propriétés mécaniques, cependant, elles sont au moins comparables aux systèmes de résine précédents après consolidation.
L'expérience du processus fait la qualité
Même si la consolidation UV semble simple, la conception de l'étape du processus en ligne requiert de l'expérience, car elle doit être adaptée individuellement à chaque produit. Arnd Riekenbrauck explique : « Notre savoir-faire en matière d'applications et de processus comprend non seulement les lampes, mais aussi le concept de refroidissement approprié ou les mesures de protection contre les explosions nécessaires en raison des températures élevées. La conception de l'installation de la lampe elle-même sur toute la largeur de la ligne de traitement a une influence majeure sur la qualité reproductible de la réticulation, du durcissement et du séchage. »
Outre la température et l'homogénéité de l'irradiation, les longueurs d'onde doivent également être adaptées au matériau des fibres, au composant et au déroulement du processus : du rayonnement UVVis à ondes longues pour les matériaux plus épais au rayonnement UV-C à ondes courtes pour le durcissement de la surface pure des couches de finition sur les composants en PRV. Une irradiation simultanée par le haut et par le bas peut également s'avérer nécessaire, par exemple pour les matériaux en sandwich ou si la translucidité des fibres entrave la profondeur de pénétration des faisceaux.
The ThinKing in the video
In the video series "Lightweight construction explained easily", Leichtbau BW presents the ThinKing in just a few minutes: https://youtu.be/APtq8R48t2Q