Nanocomposites

"Des applications industrielles á portée de main"

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■  Les nanocomposites représentent une branche très active de la recherche avancée. Le lancement de l’US National Nanotechnology Initiative ou de l’Institute of Nanotechnology en Grande Bretagne en sont des exemples marquants.

■  Au-delá de la production de poudres et autres formes nanométriques (tubes, whiskers, flakes, etc) cette recherche envisage la mise au point de produits et systèmes pour la micromécanique, la microélectronique et, de manière plus immédiate, la plasturgie.

■  On le sait, le développement de l’emploi des matériaux plastiques - thermodurcissables aussi bien que thermoplastiques - a été, dès ses débuts, lié inextricablement á celui des charges et renforts. Ces derniers permettent en effet d’en modifier pratiquement toutes les caractéristiques physiques et chimiques, dans certaines limites évidemment. Toutefois l’apparition des nanocharges (ayant jusqu’á la centaine de nm pour la plus grande dimension) a permis de mettre en évidence que l’effet apporté devient de plus en plus marqué au fur et á mesure que la taille individuelle de la charge diminue.

■  Parmi les points remarquables, on citera la possibilité de disposer de charges ayant un facteur d’aspect dépassant 1.000 pour un effet renforçant très intéressant avec des dimensions en deçá des longueurs d’onde de la lumière visible, et une conservation des propriétés optiques du matériau de départ qui donne ainsi des produits "sans défauts". On remarque également que le recyclage de telles charges tend á en réduire l’épaisseur, donc á améliorer son facteur d’aspect.

■  Parmi les propriétés dont l’amélioration est le plus souvent recherchée, citons les propriétés barrière (dans les emballages de produits liquides), la stabilité thermique, le comportement á la lumière extérieure et au feu, les propriétés électriques (conductivité, dissipation des charges), etc.

■  Les charges nanométriques peuvent s’obtenir:
- en partant de charges "fines", en pratique micronisées, que l’on affinera autant que possible,
- en partant de matériaux "massifs" que l’on va exfolier pour en détacher de manière contrôlée (jusqu’á l’échelle de la couche monomoléculaire) les nanoparticules dont on tâchera de maîtriser la forme finale (nanotubes de carbone - fullérènes, etc). Encore faut-il que le matériau de départ soit assez pur (exempt de silice amorphe comme dans le cas des argiles). Une technique similaire passe par l’explosion de fils métalliques ductiles,
- si nécessaire, par une synthèse de type sol-gel qui permet la construction - á un prix plus élevé aujourd’hui - de la nanocharge á partir d’une solution homogène.

■  Dans chaque cas, il est essentiel d’éviter que les nano-produits ne se réagglomèrent avant leur mise en œuvre. Les technologies de production puis celles de compoundage se révèlent délicates: de manière générale il apparaît nécessaire de passer par des mélanges-maître venant d’un partenaire industriel de qualité. Certains envisagent même d’incorporer de telles charges dès la polymérisation de la résine (ce qui sera exclu tant que les quantités mises en œuvre resteront modestes). Ces technologies font pour le moment l’objet des travaux de diverses structures en Amérique du Nord, au Japon et, plus récemment, en Europe avant un passage prochain á l’échelle industrielle.

■  Les premières applications arrivent aujourd’hui dans des domaines très variés comme les textiles, le bâtiment, la cosmétique, les transports et d’autres utilisations sont envisagées en électrotechnique par exemple. Ainsi, on observe que General Motors attend des avantages très substantiels du développement fait par Montell/Basell d’une oléfine thermoplastique á charge nanocomposite ; Toyota développe une solution avec Ube basé sur un nylon NCH.

■  Le premier fournisseur sur catalogue est l’américain Nanocor dont les nano-montmorillonites sont sur catalogue. Selon le cabinet BCC, la première estimation du marché US des nanocomposites serait de 25.000 T en 2004 pour environ 200 millions $. Il est clair que si de tels produits trouvaient place dans la fabrication de pièces automobiles, ces chiffres seraient rapidement dépassés.

■  L’heure est maintenant á l’industrialisation et au passage du stade du laboratoire á celui de l’intégration industrielle ; les premières applications laissent entrevoir de très fortes potentialités pour ces nanocomposites mais les incertitudes restent nombreuses sur leur développement. Afin de permettre aux industriels concernés de bien observer ces très prochaines évolutions, Innovation 128 met á leur disposition á partir de janvier 2002 un nouveau programme de veille technologique multi-clients qui s’attachera á sélectionner régulièrement des informations techniques et industrielles validées par ses meilleurs experts.

■  Les informations et synthèses produites dans le cadre de ce programme seront transmises aux participants sur un support cédérom et/ou directement accessibles via l’Internet.

Principaux thèmes directeurs

■  Production de nano-charges

  • carbones et dérivés
  • oxydes minéraux
  • produits de type argileux
  • produits de type métallique
  • produits de type métallique
  • autres

■  Production des polymères nano-chargés

  • thermoplatiques
  • thermodurcissables

■  Etudes de formulations

  • propriétés mécaniques et thermomécaniques
  • propriétés électriques et électromagnétiques
  • propriétés de surface
  • propriétés barrière
  • tenue en ambiance
  • bio-comportement

■  Etudes d’application

  • construction automobile
  • construction aéronautique
  • construction navale
  • électronique et électrotechnique
  • emballage
  • industrie textile
  • cosmétique
  • biomédical
  • autres

■  Données technico-économiques

  • Europe
  • USA
  • Japon