Une équipe de chercheurs du MIT a développé une méthode pour fabriquer des composites multicouches de grade aérospatial sans utiliser de four ni d’autoclave. Les scientifiques ont montré que la pression capillaire engendrée par un réseau nanoporeux placé entre les couches de matériaux permet d’obtenir des composites exempts de vides. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Advanced Materials Interfaces ce lundi 13 janvier 2020.
Les composites affichent des performances mécaniques et d’isolation thermique qui en font des matériaux de choix pour l’industrie. Leurs performances reposent en partie sur les propriétés de la zone d’interface entre les couches de matériaux. Les feuilles de matériaux ont une rugosité microscopique naturelle si bien que, lorsqu’elles sont assemblées pour former des composites, de l’air peut se retrouver piéger entre les différentes couches. Ces vides sont l’une des principales causes de faiblesse des composites. Habituellement pour s’en affranchir, les composites sont placés dans un autoclave où la forte pression qui s’exerce sur la structure en couches permet de chasser les bulles d’air vers l’extérieur. L’infrastructure colossale et coûteuse d’un autoclave a poussé les scientifiques du MIT a trouvé une nouvelle solution pour générer la pression nécessaire à l’élimination de ces vides. Les chercheurs ont synthétisé un film de nanotubes de carbone alignés verticalement qu’ils ont ensuite intercalé entre chaque couche de matériaux de la structure composite. Les espaces entre les nanotubes de carbone se comportent alors comme des tubes nanométriques capables d’engendrer une pression capillaire qui remplace la pression générée par l’autoclave. Pour ce faire, les scientifiques ont enveloppé l’empilement de couches de matériaux avec les réseaux nanoporeux intercalés dans un second film de nanotubes de carbone sur lequel ils ont appliqué un courant électrique. Sous l’effet de la chaleur les matériaux se déforment, ils sont « aspirés » entre les nanotubes de carbone sous l’effet de la pression capillaire et la structure finit par durcir.
Les composites ainsi obtenus affichent moins de 0,1% de vides en volume, une valeur équivalente à celle des structures en couches fabriquées en utilisant des fours et des autoclaves. Les scientifiques, qui ont mené leurs premières expériences sur des échantillons de matériaux de quelques centimètres de large, travaillent désormais au passage à l’échelle industrielle de leur technique qui pourrait permettre de fabriquer plus rapidement et à moindre coût des avions et autres structures composites hautes-performances comme les pales des éoliennes.
