Ailes d'avion, pales d'éoliennes, et d'autres grandes pièces sont généralement créées par polymérisation en masse dans des installations de fabrication de composites. Ils sont chauffés et durcis dans d'énormes autoclaves et des moules chauffés aussi grands que la pièce finie. La polymérisation frontale est une nouvelle méthode hors autoclave pour la fabrication de composites qui ne nécessite pas un investissement important dans les installations. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont mené une étude opposant un processus à l'autre pour découvrir les avantages et les inconvénients de chacun.

"La polymérisation frontale n'utilise pas du tout d'autoclave, il ne nécessite donc pas cet énorme investissement initial, " a déclaré le professeur Philippe Geubelle de Bliss au département de génie aérospatial de l'U of I. "Il s'agit d'une réaction chimique soutenue par la libération de chaleur lors de la propagation du front. Il permet d'économiser beaucoup d'énergie et génère beaucoup moins de dioxyde de carbone, c'est donc un avantage environnemental."

Geubelle a déclaré avoir commencé à comparer les deux méthodes en examinant les équations thermochimiques afin de modéliser les deux processus de polymérisation. De cette façon, ils pourraient comparer les méthodes pour une variété de matériaux composites, et en particulier, le temps que chaque méthode prend pour fabriquer la même pièce.

"La contribution clé du point de vue théorique est que nous avons réécrit les équations de réaction-diffusion pour extraire les deux paramètres non dimensionnels les plus importants, " a déclaré Geubelle. " L'utilisation de ces deux paramètres nous a permis d'examiner un large éventail de paramètres chimiques, comme l'énergie d'activation et la chaleur de réaction, et à l'impact de la température initiale de la résine."

Geubelle a déclaré que cette méthode permettait de comparer les processus de fabrication de composites basés sur la polymérisation en masse et frontale en termes de temps nécessaire pour fabriquer une pièce. L'étude a révélé qu'il y avait des cas où l'un ou l'autre était plus rapide.

"Imaginez que vous vouliez faire quelque chose d'un mètre de long. La polymérisation frontale sera en mesure de terminer la tâche avant que la polymérisation en masse ne commence à démarrer, " dit Geubelle. " Par contre, si vous voulez faire quelque chose de 10 mètres de long, alors la polymérisation en masse peut effectivement avoir lieu avant que le front n'atteigne l'autre extrémité de la pièce. C'est la compétition entre ces deux processus que nous avons analysée dans cette étude."

Il a poursuivi en disant qu'il existe plusieurs façons d'accélérer le processus de polymérisation frontale :démarrer le front aux deux extrémités pour qu'il aille deux fois plus vite, ou chauffez-le par le bas en utilisant un panneau chauffant en dessous. "Ce processus est si rapide, nous l'appelons durcissement flash, " Geubelle a dit, "mais il utilise plus d'énergie que pour un seul front."

La fabrication de pièces composites en utilisant la polymérisation frontale au lieu de la polymérisation en masse présente de nombreux avantages.

"Avec polymérisation frontale, vous n'avez pas besoin du gros investissement en capital de l'autoclave, ce qui en fait une option très attrayante, " a déclaré Geubelle. " Le temps de durcissement d'une pièce composite est également beaucoup plus court et l'impact environnemental est considérablement réduit. "

L'étude, "Polymérisation frontale vs en masse de composites polymère-matrice renforcés de fibres, " a été écrit par S. Vyas, X. Zhang, E. Goli, et P.H. Geubelle. Il est publié dans Science et technologie des composites .