DOMO Chemicals présente un nouvel outil de simulation capable de prédire les effets des liquides de refroidissement à base d'eau et de glycol sur les applications polyamides utilisées dans les secteurs de l'automobile, de la plomberie et du chauffage

Ghent, 13 juin 2024 - Dans le cadre d'un projet collaboratif avec Toyota (TME), Renault, SOGEFI, Hexagon Manufacturing Intelligence et AROBAS Technologies, entre autres, DOMO Chemicals présente un tout nouvel outil de simulation prédictive pour les applications polyamides en contact avec l'eau et les liquides de refroidissement. THERMOFIP permet de prédire l'évolution de la résistance des pièces après vieillissement, aidant ainsi les concepteurs à définir une géométrie optimale pour leurs nouvelles pièces sans avoir recours à de nombreux tests de validation.

Outre les applications automobiles, le projet THERMOFIP offre également des capacités de prédiction pour les applications de chauffage et sanitaires, qui entrent régulièrement en contact avec de l'eau et des liquides de refroidissement.

Un des principaux exemples d'application des compounds en polyamide 66 chargés en fibres de verre dans le secteur automobile est constitué par les pièces situées sous le capot en contact avec le liquide de refroidissement. Cela s’applique non seulement aux véhicules à moteur à combustion interne, mais aussi aux véhicules électriques et hybrides, et même aux véhicules à pile à combustible.

Face à la nécessité de réduire les émissions de CO₂ et aux changements qui en résultent dans l'architecture des moteurs, une technologie de simulation prédictive précise devient indispensable dans l'industrie des plastiques.

Les interactions entre les principaux ingrédients du compound (polyamide et charge) et les principaux composants du liquide de refroidissement, l'eau et l'éthylène glycol, sont complexes. Elles comprennent la plastification, qui diminue considérablement la température de transition vitreuse du compound et, par conséquent, ses propriétés mécaniques dans des conditions d'utilisation standard. Elles comprennent également la dégradation chimique, par hydrolyse des chaînes de polyamide. De plus, la concentration du liquide de refroidissement, varie d'un point à l'autre de la pièce. Il en résulte différents niveaux de performance mécanique du matériau en différents points de la géométrie de la pièce et au fil du temps.

En outre, les conséquences de l'orientation des fibres doivent également être prises en compte. En raison de toutes ces variables, il a été jusqu’à présent très difficile de prédire les niveaux locaux de performance de ces pièces par la simulation.

THERMOFIP représente une véritable innovation pour les acteurs du segment du refroidissement automobile et de l'industrie de la plomberie. Ce résultat est tout aussi important pour les fournisseurs de matériaux que pour les entreprises qui conçoivent les pièces et les constructeurs finaux qui les utilisent. En plus de pouvoir simuler le comportement des pièces statiques, THERMOFIP ouvre la voie à la simulation des composants actifs dans leurs différentes positions, avec les effets de contrainte locale associés.

«Lors du calcul des propriétés mécaniques finales d'une pièce en résine polyamide renforcée de fibres de verre, la simulation intégrative offre l'avantage de prendre également en compte le processus de moulage par injection. Cela ouvre de nouvelles possibilités d'optimisation des pièces avec une réduction significative du poids d'environ 20%», a déclaré Gilles Robert, Senior Materials Expert chez DOMO.

«Dans le cadre du projet THERMOFIP, nous avons créé un modèle cinétique pour simuler l'influence de l’eau et des liquides de refroidissement sur la fragilisation progressive des matériaux, afin de trouver de nouveaux moyens de fabriquer des pièces encore plus légères», a ajouté M. Robert.

Le nouveau modèle de simulation, conçu en collaboration avec Hexagon et Arobas Technologies, permet de prédire la dégradation locale des pièces. Plusieurs modèles permettent aujourd'hui de prédire les niveaux de dégradation des matériaux causés par le vieillissement, ce qui permet ensuite d'anticiper les performances mécaniques des polymères exposés au liquide de refroidissement. L'étude comprend également l'évolution avec le vieillissement du comportement mécanique du matériau pour différentes orientations de fibres.

Les simulations ont été validées par des tests empiriques. Un exemple est le test effectué sur le démonstrateur à localisation des déformations, conçu et moulé par DOMO Chemicals avec pour objectif d'exclure les défaillances à proximité des inserts métalliques. Les résultats montrent une forte corrélation entre les expériences et les simulations.

THERMOFIP complète l'offre de simulation MMI (Mechanical - Material modelling & Injection molding simulation) de DOMO, qui combine déjà la simulation mécanique, la modélisation des matériaux et la simulation de moulage par injection.

Étude de cas: le module de filtration SOGEFI

Une première étude de cas a été réalisée sur un module de filtration d'huile SOGEFI fabriqué à partir d'une solution TECHNYL^® renforcée par des fibres de verre.

Les résultats de la simulation révèlent quelques tendances intéressantes et un bon niveau de corrélation entre le test et la simulation.[1] Un point clé est que la défaillance ne se produit pas sur le module d'huile là où l'hydrolyse est la plus intense. Elle se produit plutôt là où il y a une combinaison défavorable de contraintes locales, d'orientation des fibres et d'hydrolyse. Cela explique pourquoi la prédiction de la défaillance de pièces aussi complexes nécessite une chaîne de simulation complexe qui prend en compte tous les paramètres pertinents.

Les prochaines étapes du projet consistent à étendre le modèle à d'autres liquides de refroidissement. La base de données des matériaux sera élargie pour inclure de nouveaux matériaux et, surtout, d'autres études de cas devront être entreprises.

L'étude complète sera présentée à la conférence VDI lors du prochain Congrès Professionnel International des Plastiques dans l'Automobile (PIAE), qui se tiendra à Mannheim, en Allemagne, les 19 et 20 juin.

DOMO lance un appel à collaboration. Si vous souhaitez participer aux tests, veuillez contacter les experts de DOMO.

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