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Dutoit Jean-Marie

Adjoint scientifique HES

Main skills

Conception de pièces plastiques

Main contract

Adjoint scientifique HES

Phone: +41 26 429 68 57

Desktop: BFA_1A_124

Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
Boulevard de Pérolles 80, 1700 Fribourg, CH

Institute
iRAP - Institut de recherches appliquées en plasturgie

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Completed

Fabrication de matériaux composites à fibres continues par extrusion et injection plastique

AGP

Role: Collaborator

Requérant(e)s: FR - EIA - Institut iRAP, Boéchat Jean-Marc, FR - EIA - Institut iRAP

Financement: HES-SO Rectorat

Description du projet : Les composites sont les matériaux favoris pour économiser du poids dans tous les domaines high-tech. Ils y sont plus ou moins cantonnés du fait de leur coût élevé et des difficultés de mise en 'uvre. L'idée est d'explorer une nouvelle méthode de fabrication des composites faisant appel à l'injection plastique et /ou l'extrusion pour en diminuer le coût et favoriser leur utilisation industrielle dans des domaines plus industriels comme la machine-outil par exemple. Nous proposons de produire d'une part des pièces en composites en modifiant les techniques d'injection dérivées des matériaux à fibres longues pour les adapter aux fibres continues. D'autre part, l'extrusion des polymères permet de fabriquer à moindre coût des produits ou semi-produits en grande longueur. L'intégration de fibres continues dans le matériau extrudé devrait permettre la fabrication d'éléments rectilignes composites à moindre coût. Pour l'injection, la simulation devrait permettre de concevoir d'avance les directions des flux dans le moule d'injection de façon à ce qu'ils entrainent les fibres dans les endroits nécessitant un renfort. Grâce à des pressions d'injection de 1000 bars et plus, des polymères plus visqueux, moins cher et mécaniquement adaptés, il devrait être possible de changer les « business models » des composites et de les démocratiser. L'utilisation de fibres naturelles comme le lin pourrait également améliorer leur écobilan encore à établir. Le grand défi de ce programme est d'intégrer les fibres dans le flux d'extrusion ou d'injection. Nous proposons de développer d'abord un concept pour l'extrusion où les pressions sont moindres et les flux clairement définis. Dans un deuxième temps, l'adaptation de nos connaissances au domaine de l'injection permettra la fabrication de pièces plus complexes pour la robotique ou les machines-outils par exemple. D'évidence ces matériaux devront être caractérisés tant sur le plan mécanique que sur leur mise en 'uvre pour juger de leur potentiel industriel et économique. En fin leur écobilan établi, il sera possible de les comparer, dans le sens du développement durable, aux autres méthodes de fabrication conventionnelles, élément central de notre programme.

Research team within HES-SO: Giandomenico Nicola , Dutoit Jean-Marie , Boéchat Jean-Marc , Richard Jacques , Corpataux Dominique , Raetzo Raphaël

Partenaires académiques: COMATEC; hepia inSTI; FR - EIA - Institut iRAP; Boéchat Jean-Marc, FR - EIA - Institut iRAP

Durée du projet: 15.01.2015 - 22.11.2018

Montant global du projet: 232'000 CHF

Statut: Completed

2019

Microparticles as additives for increasing the mechanical stiffness of polypropylene

Scientific paper ArODES

Stefan Hengsberger, Geoffroy Leignel, Eléonore Véron du Breuil, Christophe Cotting, Renaud Meuwly, Jean-Marie Dutoit, Thierry Chappuis

Chimia, 2019, vol. 73, no. 12

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Summary:

Composite materials of polypropylene and mineral microparticles have been generated by compounding and tested in terms of mechanical stiffness. In a first step silica, boehmite and functionalized clay microparticle powder have been mixed with the polymer in a twin-screw compounder. The elastic modulus was highest for mixtures with a microparticle concentration of 5 to 10%w/w. An increase of 25% of the elastic modulus was achieved by simple melt extrusion. In a second step, a maleic anhydride-grafted polypropylene (PP-g-MA) was used as a matrix. When measured by nanoindentation, the pure PP-g-MA matrix showed an elastic modulus twice as high as pure PP, probably because of a partial reticulation. During extrusion, amino-silane functionalized clay microparticles were added to the PP-g-MA matrix and reacted with it by building covalent amide group bonds. The resulting compound material showed an elastic modulus of more than four times the stiffness of pure PP.

2018

Increasing the injection moulding productivity through EDM surface modulation

Conference ArODES

Umang Maradia, E. Filisetti, Marco Boccadoro, Marc Roten, Jean-Marie Dutoit, Stefan Hengsberger

Proceedings of 19th CIRP Conference on Electro Physical and Chemical Machining, 23-27 April 2018, Bilbao, Spain

Link to the conference

Summary:

The productivity of the injection moulding process is considerably deteriorated due to the demoulding issues as a result of increasing part and polymer complexity. An effective method to overcome some of the issues is the application of coatings on mould surface to reduce adhesion and friction during the moulded part ejection. In such solutions, the mould is coated after the machining by methods such as milling and EDM. In fact, die-sinking EDM is widely used to machine moulds with high accuracy, surface quality and aspect ratios. In this research, a novel method is analysed where the texture of the EDM surface is modulated to achieve desirable surface functionality, leading to reduction of part sticking during ejection in injection moulding. The effect of primary parameters of EDM process on the resulting surface is analysed. It is seen that while the surface amplitude parameters such as Ra and Rz remain similar to the standard eroded surface, the spacing parameter RSm and slope measure RΔq can be modulated. The effect of the surface texture during injection moulding is evaluated by measuring the forces during the ejection stage to characterise part sticking. Similar or considerably reduced ejection forces are observed for the modulated EDM texture compared to the polished surfaces, depending on the polymer type and part geometry. The ejection force observations are correlated to the static and dynamic friction coefficient of surface textures against different polymers. The reduction of ejection forces comparable to the coated surfaces places surface texturing as an effective alternative or a supplement to reduce the demoulding issues and thus increasing the injection moulding productivity and part quality.

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