Constructeurs de voitures, Avions, bus - tout ce qui a besoin de solide, pièces légères et résistantes à la chaleur - sont sur le point de bénéficier d'un nouveau processus de fabrication qui ne nécessite qu'une simple pression d'une petite source de chaleur pour envoyer une onde de durcissement en cascade à travers un polymère. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont mis au point un nouveau procédé de durcissement des polymères qui pourrait réduire le coût, le temps et l'énergie nécessaires, par rapport au processus de fabrication actuel.

Les résultats, signalé dans La nature , déclarent que le nouveau processus de polymérisation utilise 10 ordres de grandeur en moins d'énergie et peut réduire de deux ordres de grandeur le temps par rapport au processus de fabrication actuel. "Ce développement marque ce qui pourrait être la première avancée majeure dans l'industrie de fabrication de polymères et composites haute performance en près d'un demi-siècle, ", a déclaré Scott White, professeur d'ingénierie aérospatiale et auteur principal.

"Les matériaux utilisés pour créer des avions et des automobiles ont d'excellentes performances thermiques et mécaniques, mais le processus de fabrication est coûteux en temps, impact énergétique et environnemental, " White a déclaré. " L'un de nos objectifs est de réduire les dépenses et d'augmenter la production. "

Prendre, par exemple, assemblage d'avions. Pour un grand producteur américain, le processus de durcissement d'une seule section d'un grand avion de ligne peut en consommer plus de 96, 000 kilowattheures d'énergie et produisent plus de 80 tonnes de CO2, selon la source d'énergie, dit Blanc. C'est à peu près la quantité d'électricité qu'il faut pour alimenter neuf foyers moyens pendant un an, selon l'Energy Information Administration des États-Unis.

"Les fabricants d'avions de ligne utilisent un four de durcissement d'environ 60 pieds de diamètre et d'environ 40 pieds de long - c'est une structure incroyablement massive remplie d'éléments chauffants, Ventilateurs, tuyaux de refroidissement et toutes sortes d'autres machines complexes, " White a déclaré. "La température est élevée à environ 350 degrés Fahrenheit dans une série d'étapes très précises sur un cycle d'environ 24 heures. C'est un processus incroyablement énergivore."

L'équipe fait partie du Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et comprend White, professeur de chimie et directeur de l'Institut Beckman Jeffrey Moore, professeur d'ingénierie aérospatiale et chef de département Philippe Geubelle, et Nancy Sottos, professeure en science et génie des matériaux. Ils ont proposé qu'ils pourraient contrôler la réactivité chimique pour économiser le processus de durcissement des polymères. "Il y a beaucoup d'énergie stockée dans les liaisons chimiques de la résine pour alimenter le processus, " a déclaré Moore. "Apprendre à libérer cette énergie au bon rythme - pas trop vite, mais pas trop lentement - était la clé de la découverte."

"En touchant ce qui est essentiellement un fer à souder à un coin de la surface du polymère, nous pouvons démarrer une onde de réaction chimique en cascade qui se propage dans tout le matériau, " White dit. " Une fois déclenché, la réaction utilise l'enthalpie, ou l'énergie interne de la réaction de polymérisation, faire avancer la réaction et durcir le matériau, plutôt qu'une source d'énergie externe."

"Vous pouvez économiser de l'énergie et du temps, mais cela n'a pas d'importance si la qualité du produit final est inférieure aux normes, " a déclaré Sottos. "Nous pouvons augmenter la vitesse de fabrication en déclenchant la réaction de durcissement à partir de plus d'un point, mais cela doit être très soigneusement contrôlé. Autrement, le point de rencontre des deux ondes de réaction pourrait former un pic thermique, provoquant des imperfections qui pourraient dégrader le matériau au fil du temps."

L'équipe a démontré que cette réaction peut produire des polymères de haute qualité dans un environnement de laboratoire bien contrôlé. Ils envisagent le processus pouvant accueillir une production à grande échelle en raison de sa compatibilité avec les techniques de fabrication couramment utilisées comme le moulage, impression, Impression 3D et infusion de résine.