Système pour la fabrication de toiles de nanocomposites

** NOUVEAU - 8 mai 2020

Une nouvelle pièce jointe a été ajoutée. Veuillez lire le document puisqu'il fournit des informations importantes relatives à la soumission de votre proposition.

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5 mai, 2020

• La date de fermeture de ce défi a été prolongée au 25 mai, 2020 à 14:00 HAE.

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14 avril 2020

En raison des problèmes liés à COVID19, nous avons décidé de prolonger la date de clôture de l'appel d'offres jusqu'au 8 mai 2020.

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (002) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-20ISC3). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lisez ce défi

Étape 2 : lisez l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

Titre du défi : Système pour la fabrication de toiles de nanocomposites

PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil national de recherches du Canada (CNRC)

Mécanisme de financement : Contrat

Date d’ouverture : 20 janvier 2020

Date de clôture : 19 mars 2020, 14h00 heure de l'Est

Pour ce défi, s’il vous plaît, vous référer à l’appel d’offres sur Achatsetventes.

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

Ce défi peut amener la création de plusieurs contrats.

Le financement maximal disponible pour tout contrat résultant de la phase 1 de ce défi est de 150 000,00 $ CAD, excluant les taxes applicables, les frais de livraison, de déplacements, ainsi que les frais de subsistance, s'il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à 6 mois (à l'exclusion de la soumission du rapport final.)

Nombre estimé de contrats de la phase 1: 2

Le financement maximal disponible pour tout contrat résultant de la phase 2 de ce défi est de

1 000 000,00 $ CAD excluant les taxes applicables, les frais de livraison, de déplacements, ainsi que les frais de subsistance, s'il y a lieu,, pour une période pouvant aller jusqu'à 24 mois (à l'exclusion de la soumission du rapport final). Seules les entreprises admissibles qui ont effectué avec succès la phase 1 seront prises en compte pour la phase 2.

Nombre estimé de contrats de la phase 2: 1

Le fait de divulguer l’estimation du financement disponible n’engage aucunement le Canada à payer cette somme. Les décisions finales sur le nombre de bourses des phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l'évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

DÉPLACEMENTS : À la phase 1, on s’attend à ce que deux réunions exigent du soumissionnaire retenu ou des soumissionnaires retenus les déplacements suivants :

Réunion de lancement

Ottawa (Ontario)

Réunions d’étape

Deux ou trois par téléconférence ou par vidéoconférence, pour faire le point sur la conception ou l’avancement des travaux

Réunion d’examen final

Ottawa (Ontario)

Sommaire du problème

Le Conseil national de recherches du Canada aimerait trouver une solution qui lui permettrait de fabriquer des rouleaux de feuilles ou de toiles de nanocomposites faits de nanotubes de carbone et de polymère afin de paver la voie à la prochaine génération de tissus multifonctionnels ultraperformants destinés à la lutte contre le feu, à l’absorption d’énergie, à la protection contre les rayonnements électromagnétiques, etc.

Énoncé du problème

Le CNRC offre des services et un soutien en R-D à l’industrie canadienne. Avec sa division de technologies émergentes, il s’est notamment engagé dans la recherche ainsi que dans le développement et le transfert de technologies se rapportant aux nanotubes de carbone (NTC) et aux nanomatériaux connexes. Les composites les plus modernes sont légers, extrêmement performants et multifonctionnels, car ils maîtrisent les propriétés des nanomatériaux comme les NTC, avec lesquels il est pourtant très difficile de travailler pour diverses raisons, dont leur agglomération spontanée et une faible mouillabilité. Le CNRC mène actuellement des études qui fourniront des données à partir desquelles on pourra fabriquer une panoplie de matériaux nanocomposites multifonctionnels, et en démontrer leurs utilités. Toutefois, il lui manque un procédé continu capable de générer des feuilles de NTC-polyuréthane thermoplastique (TPUR) homogènes et uniformes pour évaluer différents arrangements de matériaux et soutenir les intérêts de commercialisation pour ce matériau composite multifonctionnel.

Le défi consiste à créer un appareillage qui recourra à un nouveau procédé à partir de pâtes de NTC-TPUR ou de mélanges dérivés pour fabriquer de façon ininterrompue des feuilles et des rouleaux de toile d’au moins 30 cm de largeur avec des propriétés mécaniques identiques ou supérieures à celles des toiles fabriquées en laboratoire.

Résultats souhaités et éléments à considérer

Résultats essentiels (obligatoires)

La solution proposée doit être un appareillage qui effectuera ce qui suit.

1. Production de NTC exfoliés et de suspension/pâte de NTC-TPUR satisfaisant les exigences que voici :
   1. Production continue pendant au moins 3 heures
   2. Rapport de poids NTC/TPUR variable (c.-à-d. 1/1, 1/2, 1/5, 1/10) à une concentration maximale de NTC de 0,5 g/L
   3. NTC d’au moins 1-2 microns de longueur
   4. Dispersion de qualité stable dans la suspension (les particules de NTC/TPUR dans la pâte devraient encore occuper au moins la moitié du volume du récipient 30 minutes après interruption des forces de cisaillement qui ont servi à exfolier les NTC)
2. Fabrication de rouleaux de feuilles et de toiles de NTC-TPUR de façon ininterrompue pendant au moins deux heures à partir de la pâte de NTC-TPUR
3. Production d’au moins 10 mètres de composites/toile en l’espace de huit heures
4. Production de matériau dont la largeur sera d’au moins 30 cm, mais ne dépassera pas 100 cm
5. Production de feuilles de tissu/toile :
   1. dont la composition est uniforme (selon l’analyse thermogravimétrique) et ne varie pas de plus de 10 % à la grandeur de la feuille
   2. dont on peut contrôler l’épaisseur (de 50 μm à 250 μm, à une précision de 10 %)
   3. dont la concentration de NTC dans la feuille séchée peut être établie entre 10 % et 70 % en poids (masse des nanotubes par rapport à la masse de la toile)
   4. dont les propriétés mécaniques sont semblables ou supérieures à celles du produit fabriqué en laboratoire et peuvent être reproduites (ces propriétés dépendront du type de NTC et du polymère utilisés — par exemple : pour un tissu fait de nanotubes de carbone multifeuillet NC7000^MC et de TPUR UAF 472 [Adhesive Films Inc.], module de Young de 1 GPa, résistance à la traction de 40 MPa élongation à rupture de 70%, et conductivité électrique entre 2 000 et 3 000 S/m pour une teneur de 35 % en poids de NTC.)
6. Compatibilité avec l’eau et les solvants organiques courants comme les alcools, l’acétone, le tétrahydrofurane et le diméthylformamide
7. Manutention sécuritaire des produits chimiques dangereux (SSTE), des solvants inflammables et des nanomatériaux par un opérateur qualifié
8. Conformité aux normes de la CSA en électricité (l’inspection sur les lieux est acceptable)
9. Conformité avec les emplacements de classe I, division 2.
10. Interface de commande sur ordinateur
11. Périmètre ne dépassant pas 2 m sur 4 m et hauteur maximale de 2,4 m
12. Démontage en éléments qui pourront traverser une ouverture de 1 m sur 2,1 m en vue de son installation 

Résultats souhaités

La solution proposée devrait satisfaire aux exigences que voici.

1. Inclure un système permutants de recycler les solvants récupérés de la pâte (ou leur mélange)
2. Inclure un système pour contrôler la température de la pâte de NTC-TPUR

Contexte et historique

Individuellement, les nanotubes de carbone (NTC) possèdent d’étonnantes propriétés mécaniques naturelles et se caractérisent par une impressionnante performance fonctionnelle. Ils promettent donc beaucoup pour la fabrication de composites polymériques. Toutefois, maîtriser ces propriétés à l’échelle macroscopique reste difficile. Exfolier correctement les NTC, en obtenir une dispersion stable et les faire interagir avec une interface figurent parmi les principaux obstacles à surmonter dans le domaine des nanocomposites. Les feuilles de polyuréthane thermoplastique (TPUR) à forte teneur en NTC obtenues grâce aux méthodes élaborées au CNRC, qui combinent de bons et de mauvais solvants du TPUR, s’avèrent très prometteuses et pourraient avoir des applications diverses en raison de leurs propriétés (plus grande robustesse, propriétés électriques des laminés de composites, détection automatique, chauffage, protection contre les rayonnements électromagnétiques, résistance au feu, nouveau matériau pour les structures de morphage). Pour satisfaire aux exigences de ces applications, on doit absolument fabriquer des matériaux NTC-TPUR de la bonne composition, aux propriétés homogènes.

Utiliser un mélange solvant/non-solvant facilite l’adsorption du TPUR aux NTC et améliore l’interaction des surfaces, si bien que l’on obtient des matériaux aux propriétés modifiables. D’autre part, on peut récupérer les feuilles rapidement par filtration sous vide. Malheureusement, les NTC s’exfolient mal et la densité inégale des « fibres » NTC-TPUR modifiées dans la feuille en réduit souvent la performance. Habituellement, on exfolie les NTC en solvants organiques par ultrasonication avec une sonde ou dans un bain. Plusieurs obstacles scientifiques doivent cependant être surmontés si l’on veut obtenir une meilleure interaction avec l’interface, par exemple exposer toute la surface disponible des NTC et adsorber le TPUR de façon homogène, sous contrôle, sur des NTC correctement exfoliés et dispersés. Ces difficultés s’accentuent dès que l’on augmente la production, car les forces de cisaillement utilisées pour exfolier et disperser les nanotubes perdent en efficacité ou pourraient raccourcir les NTC. Un autre problème consiste à obtenir un dépôt et une densité uniformes des fibres NTC-TPUR à l’extraction du solvant et au séchage, de manière à garantir la meilleure performance possible et des résultats uniformes.

Pour l’instant, on recourt à l’ultrasonication pour exfolier les NTC, mais les pâtes résultantes ont une composition hétérogène, car les nanotubes s’agglomèrent et l’interaction entre les surfaces n’est pas optimale. En outre, la technique est limitée par les dimensions du système de filtration (30 cm × 30 cm). Lorsque l’on en a besoin de plus grandes, les feuilles/toiles sont collées à chaud avec une presse et leurs raccords sont moins résistants. Dans l’ensemble, les procédés manquent d’efficacité, ce qui entrave la R-D et la commercialisation. On a besoin d’un système de production efficace qui fabriquerait le matériau en continu sans que ses propriétés et sa qualité en pâtissent. Pour l’instant, le CNRC n’est pas en mesure de développer un tel procédé. Théoriquement, on pourrait surmonter ces obstacles en adaptant des approches calquées sur celles en usage dans l’industrie du papier ou le moulage/roulage des tapis. La solution procurerait aux fabricants canadiens un sérieux avantage sur la concurrence, ce qui leur permettrait de mettre au point de nouveaux produits aux particularités uniques.

Références — Articles du CNRC

Y. Martinez-Rubi et coll. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b09208

M. Jakubinek et coll. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2019-1857

M. Jakubinek et coll. https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2018-1154

DEMANDES DE RENSEIGNEMENTS

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.