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Canada's national game gets high tech goalie masks

With a new hockey season just around the corner, NHL goalies may be more comfortable stopping pucks this year. With help from NRC, a Canadian firm has created a lightweight goalie mask made from advanced materials.

Manufactured by the Montréal-based firm Marquez Transtech Ltd. on behalf of ITECH of Kirkland, Quebec, the new mask is the first made from advanced "thermoplastic" composites. The state-of-the-art mask is composed of a continuous fiber fabric embedded in a thermoplastic matrix for increased strength and impact resistance.

State-of-the-art goalie mask

Marquez specializes in making composite parts for the aerospace and transportation sectors, but was interested in developing new applications for thermoplastic composites. In the 1990s, the company worked with NRC-IMI on another research project. "Nearly two years ago, they asked us to help on the goalie mask project," says Dr. David Trudel-Boucher, a research officer in the Structural Polymers and Composites Group at the NRC Industrial Materials Institute (NRC-IMI).

Currently, goalie masks are made of thermoset composites – the standard for the industry, adds Dr. Trudel-Boucher. "You make thermoset by mixing a catalyst with a resin to create something very solid. But it's well known that thermoplastic material has better impact properties – with goalie masks, you mainly want impact protection," he stresses.

Using thermoplastic composite, "we were able to produce a lighter mask but with the same impact properties. It's about 20% lighter, which would make it more comfortable for a goalie," he says.

According to Dr. Trudel-Boucher, NRC-IMI helped Marquez resolve various technical problems. "A goalie mask is difficult to mold because of its geometry," he says. "One of our key challenges was to control the molding process so there was good bonding between the thermoplastic composite and the surface finish."

"But the biggest issue was probably developing the surface finish. As you know, many goalies like to paint their mask. Goalies want to look good on television, so the surface finish and hence the mask's appearance have to be very glossy, very good looking."

Although it can't divulge specific details, NRC-IMI helped Marquez develop a hermoplastic surface finish – one that is easy to paint on. "If you buy a hockey mask and send it to the paint shop, they will presume that it's a thermoset mask, because that's what they see all the time," says Dr. Trudel-Boucher. "We had to find a solution such that customers would not have to worry about the mask being made of a different material. Our surface finish allows any paint now used on a regular hockey mask to be applied on the thermoplastic mask."

He adds that the surface finish developed jointly by NRC-IMI and Marquez may have potential applications in other products where external appearance is important. "For example, it could be used in transportation panels. Some trucks and buses are made with composite panels."

NRC-IMI completed its work in 2006 and last winter the new mask was officially launched by ITECH, "so we should see some thermoplastic masks in sport stores this fall," says Dr. Trudel-Boucher. It may also make an appearance in NHL games this season. According to the company's website, "as the official mask of the NHL, over 70% of the league's goalies who wear branded masks choose ITECH."

And if the mask is drafted by the big leagues, it might even help improve goalies' performance. One netminder who tested a prototype said that when a hockey puck hits a standard mask, the noise can be very intense. "Goalies often stay still for a fraction of a second after a puck hits them in the mask because the noise is so distracting and uncomfortable," he says. But using the new mask, the noise is much quieter.

Could a thermoplastic composite mask give goalies a split second advantage when stopping rebounds? "It could, but I'm not a goalie so I can only guess," says Dr. Trudel- Boucher.

L’innovation : un enjeu vital pour la plasturgie québécoise

La présence croissante des importations chinoises dans les divers secteurs, jumelée à la hausse du dollar canadien, plonge la plasturgie québécoise dans une profonde remise en question. Les bonnes années sont choses du passé. Plusieurs mettent les bouchées doubles pour accroître leur productivité afin d’améliorer la qualité des produits et réduire leurs coûts. Mais voilà, on le découvre de plus en plus, une productivité accrue ne suffit plus. Pour faire face à la concurrence, il faut désormais innover encore et encore. Comment y arriver? Est-il trop tard?

Les handicaps en innovation pour la plasturgie québécoise sont nombreux. Notre territoire ne compte pas assez de grands fabricants de matières premières. Les compagnies pétrochimiques développent constamment de nouvelles résines qui ouvrent la porte à de nouveaux produits et à de nouvelles applications. Contrairement à une province comme l’Ontario, où les grands fabricants de pièces pour le secteur automobile sont nombreux, le Québec compte peu de grands fabricants. Pour le moment, les manufacturiers comme Bombardier aéronautique ou BRP sont les seuls intégrateurs susceptibles de développer des OEM’s québécois innovants.

Les plasturgistes québécois ont aussi un problème d’image. Ils suscitent peu d’intérêt en capitalisation et trouvent peu de chercheurs intéressés à leur secteur particulier d’activité manufacturière. Comment innover dans ces conditions? Fabriquer des pièces pour qui? En l’absence de grands pôles technologiques, est-ce possible? L’aéronautique, les véhicules de transports lourds et récréatifs offrent un potentiel intéressant en innovation. Il faut se demander si nos plasturgistes en tirent le maximum ?

Simon Gosselin est au cœur du développement de la Phase II du programme des Tables régionales sectorielles de la plasturgie de la productivité, de la commercialisation et de l’innovation. Il a aussi été conseiller en technologie pour la plasturgie québécoise pendant plusieurs années pour le Programme d'aide à la recherche industrielle (PARI) du Conseil national de recherches Canada (CNRC) et Partenariat technologique Canada (PTC), un organisme d'Industrie Canada. II a été et il est plus que jamais au diapason des petites et moyennes entreprises innovatrices.

Selon lui, la principale difficulté des entreprises québécoise qui gèrent le tangible, le temps machine, l’organisation industrielle de la production, la matière première et le flux des résines, c’est qu’elles entrent maintenant dans l’ère de l’intangible celui du monde du savoir, de l’information, des relations humaines, des propriétés intellectuelles et de leur juste évaluation. « Nous ne sommes pas habitués à cette situation au Québec. Nos PME ne possèdent pas les capacités pour y faire face. Elles ont le désir d’agir mais elles ne savent pas par où commencer. Un grand nombre de nos dirigeants sont plus âgés et ils sont en mode retraite. Il faut trouver une relève adéquate et c’est une denrée rare puisque les écoles ne favorisent pas le secteur manufacturier. »

Un des objectifs majeurs de la phase I des Tables régionales sectorielles de la plasturgie a été de mettre en place les conditions qui favorisaient la coopération des PME. Les entreprises devaient briser leur isolement, les échanges devenant cruciaux. Surtout pour les petites entreprises qui gèrent au quotidien. Les tables régionales avaient pour objectif initial de favoriser le sentiment d’appartenance commune.

La phase II était celle de l’ingénierie à valeur ajoutée. C’est-à-dire une phase transitoire vers le programme de changement. L’innovation joue un rôle majeur. « Habitué de travailler seul, nos plasturgistes n’ont pas le réflexe d’une vision plus large ou même plus « coopétitive ». Or, face à la mondialisation, la solution n’appartient plus à une seule compagnie. Les vaches à lait sectorielles de l’industrie sont devenues instables. Le temps où une compagnie pouvait s’appuyer sur deux ou trois contrats majeurs pour innover est révolu. L’instabilité compromet la capacité d'innover. Les Tables sont à la croisée des chemins. Les concurrents d’hier deviennent des alliés stratégiques sur des projets profitables pour les divers coalisés », a constaté Simon Gosselin. « Ils sont plus ouverts même s’ils sont plus inquiets et anxieux ».

La Phase I, qui a une durée de trois ans, a été couronnée de succès. D’ailleurs, les entreprises qui ont été les premières à y participer y reviennent. L’innovation est populaire puisque 80 % d’entre elles sont dans la phase II. Les Tables régionales ont donc su rassembler les leaders de l’industrie autour d’un enjeu : celui de reconnaître les problèmes à régler.

La majorité des participants de la Phase I était constituée de « directeurs de production » de premier plan durant la Phase I. Ils possédaient une expérience solide de 25 à 30 années d’excellent travail sur le plancher. « Seulement, j’ai constaté que les intangibles leur font peur. C’est normal, on a toujours tendance à revenir dans sa zone de confort, celles de la productivité, de la récupération de la valeur. Sauf qu’ils doivent l’admettre, c’est là que s’opère le premier changement majeur. Ce qui nous permettra d’être inno-entrepreneur, d’être celui qui voit les opportunités face à une menace. Il ne bat pas en retraite, au contraire, il pense à la façon de tirer son épingle du jeu. »

Leurs clients aussi font peu de stratégie. Ils ne savent pas quelle direction prendre. Or, un fournisseur doit faire des propositions. C’est plus risqué pour le producteur. Il doit pouvoir supporter plus d'inconnus. « La proposition au client est plus qu’un prix dans ce contexte. l’inno-entrepreneur, par exemple, sait qu’il doit répondre à des impératifs de capacités technologiques pour s’adapter à de nouvelles matières premières. Le Japon a été un raz-de-marée dans l'automobile. En 20 ans, Toyota est devenue le numéro un aux États-Unis. La Chine sera un tsunami. Elle est submergée de propositions technologiques. Elle dispose d’une proposition identique à la notre mais provenant à la fois de l’Angleterre, de la France, et de l’Allemagne, à des coûts de main-d’œuvre beaucoup moindre. La solution se situera donc au deuxième niveau, celui des savoirs inaccessibles et c’est seulement la R-D créative qui peut l’offrir, » affirme Simon Gosselin.

D’ailleurs, des inno-entrepreneurs émergent au Québec. Des entreprises comme Produits Plastitel, AS Composites ou Marquez Transtech offrent de bons exemples d’inno-entreprises en devenir. Elles étaient toutes finalistes dans la catégorie Innovation lors de l’édition 2007 des prix Galea (dont nous ne connaissions pas le grand gagnant au moment d’aller sous presse). Il y a aussi Bain Ultra qui a été parmi les premiers participants de la Table régionale Chaudières Appalaches, et plusieurs autres.

Marquez Transtech

En 2005, ADS vendait sa division montréalaise de thermoformage et de composite à un groupe d’investisseurs montréalais. La nouvelle direction de Marquez Transtech allait mettre toutes ses énergies à optimiser et innover en profondeur le potentiel des matériaux et des procédés de fabrication et d’applications, surtout dans le moulage des composites. En une année et demie, les résultats ont été remarquables. Aujourd’hui, si 70 % du plancher de l’usine Marquez est dédiée au thermoformage, à l’inverse, ce sont les composites qui génèrent le plus de revenus.

Pourtant, les pièces en composites traditionnelles demandent beaucoup de temps et de main-d’œuvre. Certaines peuvent mettre un temps de cycle de plusieurs heures. La compagnie Marquez aurait pu avoir pignon sur rue au Maroc ou au Mexique pour contourner ce problème. Une avenue déjà empruntée par la majorité de ses concurrents. « Nous avons maintenu l’usine au Québec parce qu’on a toujours eu cette force créative et nous nous sommes dit qu’il valait mieux l’exploiter. C’est pour cette raison que nous avons décidé à l’interne d’identifier une ligne de matériel dans l’aéronautique. Nous voulions dépasser les exigences les plus élevés d’un cahier de charge pour une pièce en aéronautique et dans un temps de cycle plus faible », a mentionné le président de Marquez Transtech, Éric Faucher.

Durant la même période, Mission Itech une entreprise spécialisée dans la fabrication d'équipements de hockey, loge un appel chez Marquez. Une personne qui connaissait Marquez avait recommandé à Itech de communiquer avec la direction pour développer un casque de gardien en composite. Il ne devait pas être fait en fibre de verre polyester. Il fallait quelque chose de différent. « Nous avons travaillé le cahier de charge avec eux et établi tous les critères de performance et le coût. Notre risque était simple. Pour obtenir le contrat nous devions réussir mais le procédé nous appartiendrait », précise M. Faucher. Parallèlement, Marquez planchait sur la production de la tuyauterie de ventilation pour un important avionneur. Les deux projets partageaient des points en commun. Le procédé était pratiquement similaire, seuls les matériaux employés étaient différents. À la fin, les deux projets répondaient aux attentes. Pour sa part, Marquez est en attente de son brevet pour le nouveau procédé.

Formé d’un thermoplastique renforcé à fibre longue, c’est dans sa géométrie que le procédé de l’équipe de Marquez est remarquable. Le masque est fabriqué en une seule étape. Il a son fini de surface et son renfort en composite thermoplastique unique en une seule opération de moulage. La géométrie structurale et la forme exceptionnelle sont obtenues par ce procédé unique et par l’amalgame de matériaux.

Marquez a réussi à développé une pièce en composite thermoplastique de distribution d’air dans le secteur de l’aéronautique. Comme le précise Martin Lévesque, directeur de la recherche et du développement de produits chez Marquez Transtech : Là encore, il a fallu identifier une matière qui respecte des critères élevés d’inflammabilité et de performance. Finalement, il fallait l’appliquer au procédé. « C’est un client qui nous a indiqué qu’un important constructeur d’avion irait en appel d’offre pour le type de tuyauterie sur lequel nous travaillions. Le cahier de charge rejoignait ce que nous avions nous-mêmes déterminé au préalable. On a remporté le contrat et nous dépassons tout ce qui se fait actuellement dans l’industrie aéronautique. Notre pièce est fabriqué en six à sept minutes, alors que des pièces comparables exigent près de six heures », nous a confié Éric Faucher.

Marquez Transtech possède maintenant un procédé qui peut s’appliquer à plusieurs entreprises. Les prochaines étapes consisteront à tenter d’obtenir des mandats en partenariats avec les nouveaux clients. En aéronautique, Marquez possède un avantage concurrentiel significatif, d’autant plus qu’il a obtenu le deuxième prix en innovation pour le secteur de l’aéronautique en Europe lors du dernier JEC.

Paris: a hub for innovation in the global composite industry

The JEC Group's innovation programme will reward eight companies and their partners at 7:30 pm on April 3, 2007, during a special soiree at the Musée d'Orsay. This year's categories are Aeronautics, Automotive, Ground Transport, Energy & Industry/Construction, Process, Marine, Sports & Leisure and, for the first time since the programme was created in 1998, Medical Applications. A jury of international experts chose processes, applications and products that, in implementing a composite solution, most successfully met the criteria of technical significance, marketing potential, originality, financial impact, and the complementary qualities of the partnership.

"The very quality of the finalists' projects exemplifies the vitality of the innovation process in the composite industry. The search for performance is everywhere, and environmental concerns are omnipresent across the board (saving on energy and raw materials, reducing the weight of moving masses, noise abatement, etc.). The candidates come from everywhere in the world: both American continents, Europe, Russia, the Asia/Pacific region. We are proud to host innovation in the composite industry from the world over," said Frédérique Mutel, President and CEO of the JEC Group.

The finalists and winners in the 2007 competition are:

"AERONAUTICS" CATEGORY

AWARD-WINNING INNOVATION

Acoustic insulation nacelle for aircraft engines developed by HEXCEL CORPORATION (USA) and their partners, Spirit AeroSystems, Alenia Aermacchi S.p.A, MRA Systems Inc. and the University of Cincinnati. This acoustic insulation nacelle consists of a permeable composite cap material bonded to the honeycomb-core cell wall with adhesive. This new solution offers superior acoustical performance and increased bandwidth attenuation. It also reduces the weight of the structure.

OTHER INNOVATION FINALISTS

Composite air ducting for airplanes, developed by MARQUEZ (Canada) in partnership with Mr. David Boucher (research centre). These air ducts are made of continuous-fibre thermoplastic composite. The part is very light and 100% flame resistant. It is manufactured by thermoforming a sheet of polyetherimide/glass-fibre composite, which is then cooled by contact with the mould within a very short cycle time. In case of a fire, the ducts offer improved flame-resistance properties for greater security in the plane since there is no flame propagation. Production cycle times are very short. The material is ductile, so that it is possible to deform the part for a perfect fit without breaking it, especially in difficult-to-access areas. The part complies with the new FAR 25.856 standard. It was launched by Boeing and Bombardier in October 2006. STARBlade brake rotors made of silicon carbide ceramic, produced by STARFIRE SYSTEMS (USA) in co-operation with CLARIANT GmbH. These carbon-ceramic brake rotors offer enhanced braking performance through their improved friction characteristics and can replace traditional steel rotors. They are made of a new ceramic matrix composite (CMC). The rotors reduce fuel/energy consumption, improve acceleration and braking performance, and are unaffected by moisture and temperature. They also reduce the weight of the braking system and exhibit outstanding durability.