Charges minérales pour materiaux composites
Les charges minérales, également appelées « fillers », consistent en un ensemble de matières minérales, homogènes ou avec différents composants, de granulométries identiques ou différentes, qui répondent à une formulation spécifique. Elles sont un composant fondamental dans les formulations des composites à matrice polymère. La sélection des charges minérales appropriées, ainsi que leur proportion par rapport à la résine, aura une influence directe sur les propriétés du produit final. Les « fillers » conditionnent l’ensemble du processus de production en influençant la viscosité, le temps de gel, le temps de durcissement, etc…
Si vous souhaitez en savoir plus sur les charges minérales pour les composites à matrice polymère, voici les clés pour sélectionner celle qui convient le mieux à votre projet.
Sommaire
Charges minérales pour la production des matériaux composites
Les charges minérales sont des particules solides, organiques ou inorganiques, qui sont ajoutées á la résine ou au gelcoat. Le but de l’utilisation des charges minérales dans la production de matériaux composites polymères est fondamentalement:
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- fournir les propriétés physico-mécaniques requises pour le produit final. La composition minérale et la proportion optimale des charges minérales par rapport à la résine sont déterminées par les exigences et les normes à remplir par le produit final. Grâce à la combinaison de différents minéraux, nous pouvons:
- modifier les propriétés mécaniques: dureté, abrasion, flexion, etc…
- alléger ou augmenter le poids du produit final
- améliorer les propriétés conductrices ou antistatiques
- améliorer la résistance au feu
- dans le cas des dolomites, réduire le coût du mélange, étant donné qu’il s’agit généralement du composant le moins cher de la formulation
- fournir les propriétés physico-mécaniques requises pour le produit final. La composition minérale et la proportion optimale des charges minérales par rapport à la résine sont déterminées par les exigences et les normes à remplir par le produit final. Grâce à la combinaison de différents minéraux, nous pouvons:
La composition minérale et la proportion de résine ont un impact direct sur la façon dont le processus de production est mené, tout comme les charges minérales :
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- détermine la viscosité du mélange
- elles affectent la catalyse
- peuvent provoquer des contractions pendant le durcissement de la pièce
- peuvent affecter la couleur du produit finie ainsi que d’autres aspects esthétiques
- déterminent les propriétés mécaniques et superficielles du produit finie
Les charges minérales sont donc en grande partie responsables de la manière dont la fabrication des composites polymères est abordée et organisée.
Comment choisir les charges minérales pour notre projet
Lors du choix des charges minérales les plus appropriées pour notre projet, les aspects suivants doivent être pris en compte :
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- taille des particules (granulométrie). Les particules très épaisses auront tendance à aller au fond du mélange. Au contraire, les particules qui sont trop minces ne peuvent pas se disperser dans le mélange. Il faut donc choisir la taille optimale des particules pour notre formulation afin d’éviter la sédimentation en masse.
- la forme des particules (broyage). Si la particule est comme une balle de golf, la résine se collera facilement. Si au contraire, la particule est comme une balle de ping-pong, il sera beaucoup plus compliqué son lien parfait avec la résine.
- la pureté des particules. Dans le cas de produits à base de pâte pigmentée homogène tels que la surface solide, il est essentiel d’éviter la présence de particules polluantes qui peuvent générer des points noirs sur la surface de la pièce finie.
- silanisation
La contribution du silane à des charges minérales nous permettra d’obtenir:
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- une plus grande translucidité
- résistance accrue aux chocs thermiques de la pièce finie
- réduction de la dispersion thermique
- viscosité plus faible
- temps de gel et durcissement plus courts
- meilleure résistance à la vapeur d’eau
- excellentes propriétés de surface
- résistance mécanique et chimique accrue
Dans le cas des composites polymères dont la couche extérieure sera un gel coat, le choix de la charge minérale appropriée se résumera à :
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- remplir les propriétés physico-mécaniques exigées par le produit final
- réduire autant que possible le coût du mélange
Utilisation de trihydrate d’alumine (ATH)
Le trihydrate d’alumine (ATH) est une charge minérale obtenue par la digestion de la bauxite selon le procédé Bayer. L’ATH est chimiquement combiné à trois molécules d’eau et possède une température de fusion élevée. En raison des propriétés physiques de ce minéral, il est devenu une matière première de base dans la formulation d’une multitude de matériaux composites: caoutchoucs, polyuréthanes, polyester, silicones, thermoplastiques, câbles, etc… lorsqu’il s’agit d’améliorer la résistance au feu.
Les avantages de l’utilisation du trihydrate d’alumine sont:
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- propriétés importantes en tant qu’agent ignifuge et suppresseur de fumée. En cas d’incendie, la vapeur d’eau est libérée par une réaction endothermique qui refroidit la surface et déplace l’oxygène nécessaire à la combustion. La barrière de carbone d’oxyde d’aluminium qui en résulte entrave davantage la combustion et réduit la densité de la fumée. C’est pourquoi le trihydrate d’alumine est en train de devenir le retardateur de flamme le plus utilisé sur le marché. Il s’agit d’un minéral respectueux de l’environnement. Sa décomposition thermique se produit à environ 200°C, ce qui le rend adapté à une large gamme d’applications dans le domaine des plastiques et des caoutchoucs.
- excellente résistance chimique et d’excellentes propriétés physiques. En combinaison avec la Boehmite, il permet d’améliorer la résistance aux rayures, à la brillance et aux taches. Il est particulièrement résistant aux acides. Grâce à tous ces propriétés de haute performance, il est devenu une matière première essentielle pour la fabrication de produits à surface solide. Si vous voulez en savoir plus sur la production de surface solide, cliquez ici.
Formulation pour matériaux composites de dernière génération
Avec la prolifération de matériaux composites á matrix polymères destinés à de nouvelles applications, la formulation de charges minérales spécifiques est devenue une science. En fonction des exigences à remplir par ces nouveaux composés polymères, il est conseillé de sélectionner les charges minérales appropriées. Forts d’une étroite collaboration avec nos partenaires stratégiques au cours des dernières années, nous disposons d’un département technique spécialisé dans la formulation et la combinaison de charges minérales pour matériaux composites. La participation au développement de matériaux composites spécifiques nous a permis d’acquérir une expérience reconnue et valorisée dans le secteur. Si vous avez besoin d’améliorer les performances de vos matériaux composites ou si vous voulez créer un nouveau composite, n’hésitez pas à nous contacter.
Un bon exemple de nos développements de charges minérales dans le domaine des composites polymères est celui des nos charges minérales pour réduire le poids des composites. Ce sont des formulations basées sur différents minéraux qui parviennent à réduire le poids d’un matériau composite jusqu’à 40% sans diminuer les propriétés physico-mécaniques du produit final. Cela se traduit par des coûts de transport inférieurs et d’autres avantages dans la manutention, les temps de montage, etc.
Conclusions
Le choix des charges minérales appropriées, ainsi que leur proportion par rapport à la résine, aura une influence directe à la fois sur les propriétés du produit final et sur le processus de production lui-même. Dans le cas des composites enduits de gelcoat, on recherchera simplement des charges minérales économiques qui garantissent les exigences physico-mécaniques du produit final. S’il s’agit de conférer des propriétés ignifuges à nos composites, l’ATH est la solution idéale. AITANA CHEMICALS met à la disposition de ses clients un département technique spécialisé dans la formulation et la combinaison de charges minérales. Grâce à l’expérience acquise au fil des ans et au soutien de notre partenaire technologique, nous pouvons développer des charges minérales pour des projets spécifiques.
Si vous souhaitez être informé en permanence sur tout ce qui concerne les charges minérales, lisez nos derniers articles sur ce sujet ici.