Polyuréthane à mémoire de forme : de la feuille à la mousse
Le moussage sans isocyanate accroît la sécurité au travail
Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour la recherche appliquée sur les polymères (IAP) ont mis au point une feuille qui se transforme en mousse de polyuréthane (PU) lorsqu'elle est chauffée, sans aucun risque pour la santé. Cette feuille permet de réaliser des mousses sans isocyanate, ce qui améliore la sécurité sur le lieu de travail. En outre, elle offre des avantages logistiques pour le stockage et le transport. Le matériau peut être personnalisé pour diverses applications allant de l'industrie automobile et de la construction à l'emballage.
"Un aspect fréquemment discuté dans la production de mousse PU est le risque pour la santé au travail lié aux isocyanates, l'un des principaux composants de la réaction chimique qui forme le polyuréthane", explique le Dr Thorsten Pretsch, chef de la division de recherche Synthèse et technologie des polymères au Fraunhofer IAP dans le parc scientifique de Potsdam. "Notre film permet un moussage sans isocyanate. Elle minimise les risques pour la santé sur le lieu de travail et améliore la sécurité au travail, en particulier pour les applications sur site comme dans l'industrie de la construction", souligne M. Pretsch.
Mousse sans isocyanate
Des réglementations et des mesures de protection strictes s'appliquent à la manipulation des isocyanates. Ils sont toxiques et ont un effet sensibilisant sur les voies respiratoires et la peau ; certains isocyanates sont soupçonnés d'être cancérigènes. La feuille nouvellement développée se transforme en mousse PU par simple application de chaleur, sans réaction chimique. L'approche innovante de l'équipe de recherche représente également une nouvelle technologie pour la production de mousse elle-même : la mousse thermique. Le produit a été baptisé FOIM, une combinaison des mots "foil" (feuille) et "foam" (mousse).
Flexible : mousse de polyuréthane à mémoire de forme
Le nouveau matériau est un polymère à mémoire de forme. Il est capable de reprendre sa forme initiale après avoir été déformé. Un stimulus externe, tel que la chaleur, déclenche l'effet de mémoire de forme. Pour la feuille, les chercheurs ont synthétisé une mousse de polyuréthane qu'ils ont ensuite comprimée. À une température de 60 degrés Celsius, la feuille passe d'une épaisseur de 2,5 millimètres à une mousse de 40 millimètres d'épaisseur, soit une expansion d'un facteur 16. Le résultat est une mousse PU souple et élastique d'une densité de 80 kilogrammes par mètre cube. Selon la norme DIN EN ISO 33861, il s'agit d'une mousse de faible densité qui peut être utilisée, entre autres, comme matériau d'emballage.
Gain de place : produits semi-finis en mousse à mémoire de forme
La production industrielle utilise souvent les mousses de polyuréthane comme produit intermédiaire standardisé et préfabriqué sous forme de coupe. Ces produits dits semi-finis sont ensuite transformés ou directement intégrés dans les produits finis au cours du processus de fabrication. Ils permettent une production de masse tout en maintenant une qualité constante. Leur inconvénient : les mousses de polyuréthane prennent beaucoup de place. "Notre feuille permet de gagner de la place lors du transport et du stockage", souligne M. Pretsch. Ce n'est que lorsqu'elle est chauffée à soixante degrés Celsius que la feuille se transforme en mousse. "Cela profite aux industries qui cherchent à réduire les coûts logistiques et à celles qui souhaitent un faible volume de transport, comme l'industrie aérospatiale", explique le chercheur.
Polyvalence : isoler, remblayer, fixer avec une feuille de mousse
Les mousses de PU de faible densité conviennent à de nombreux domaines d'application et industries : les fabricants de meubles les utilisent pour le rembourrage, dans l'industrie de l'emballage, elles protègent les marchandises fragiles pendant le transport, dans l'industrie de la construction, les mousses de PU remplissent les joints, et dans l'intérieur des véhicules, elles sont utilisées pour l'isolation ou le revêtement. Les tests d'application pour le remplissage de structures à cavités creuses avec la nouvelle feuille ont été concluants. Le matériau a presque entièrement moussé lorsqu'il a été chauffé, même dans des formes géométriques complexes. La feuille peut également être utilisée dans les technologies de collage et d'assemblage. Les chercheurs ont démontré qu'il était possible de fixer deux objets en faisant mousser une cavité entre eux. Les propriétés du matériau innovant sont variables : les chercheurs peuvent ajuster individuellement la flexibilité et la transparence de la feuille avant le moussage. Il en va de même pour la densité, la conductivité thermique, l'élasticité et les propriétés de compression de la mousse. "Nous adaptons les propriétés du matériau aux exigences techniques des différentes applications. Nous adaptons les propriétés du matériau aux exigences techniques des différentes applications, de l'intérieur des voitures aux traitements médicaux et à la protection des biens fragiles", conclut M. Pretsch.
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