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RÉSUMÉ
Le rotomoulage permet la fabrication de pièces complexes. Longtemps marginal, ce procédé a connu un essor grâce au développement de nouveaux polymères et de machines performantes, et à l'amélioration des contrôles du procédé. Cet article décrit le principe du procédé, les différentes étapes du cycle de fabrication et les équipements utilisés. Il présente les phénomènes physiques liés au changement d'état et à l'évolution de la rhéologie des systèmes non réactifs et réactifs, les principes de la modélisation et des résultats de simulation. Il s'attache à l'analyse des pièces ainsi produites, dresse une comparaison avec d'autres procédés de fabrication, et présente les avantages et les limites de ce procédé.
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Abbas TCHARKHTCHI : Professeur des universités - Président de la commission technique et scientifique de l’Association Francophone de Rotomoulage (AFR) - Arts et Métiers ParisTech (ENSAM), Paris, France
INTRODUCTION
Le rotomoulage est un procédé de transformation des matières plastiques utilisé pour réaliser des pièces creuses de petites ou grandes dimensions ou encore des pièces à double paroi. Le principe du rotomoulage est relativement simple mais ce procédé est capable de fabriquer des pièces complexes. Ces deux avantages sont la clé de son succès.
Le premier brevet décrivant une machine qui ressemble beaucoup aux équipements actuels de rotomoulage a été déposé en 1935. L’introduction des plastisols (PVC) en 1941 par la société Union Carbide a permis les premiers développements du rotomoulage. L’utilisation industrielle du polyéthylène dans les années 1950 et sa disponibilité sous forme micronisée vers 1960 ont apporté à l’industrie le matériau idéal pour ce procédé.
Le procédé est resté longtemps marginal. En effet, il était considéré comme lent (donc réservé aux petites séries) et comme restrictif dans le choix des polymères utilisables (essentiellement le polyéthylène). Cependant, des progrès dans la synthèse des nouveaux polymères, ainsi que dans les moyens de contrôle du procédé, ont permis de revoir ce jugement. C'est pourquoi les récents développements ont conduit les concepteurs à considérer cette technologie comme une alternative à l’extrusion-soufflage.
Si les éléments essentiels du rotomoulage et le principe de base n’ont pas changé depuis les années 1950, des progrès significatifs ont été obtenus depuis dans les domaines suivants :
-
la compréhension du procédé et celui du changement d’état du matériau pendant le procédé ;
-
la surveillance et le contrôle du procédé ;
-
la qualité de construction de la machine ;
-
la performance du transfert de chaleur ;
-
les modes de chauffage et de refroidissement ;
-
la qualité du moule ;
-
les nouveaux matériaux.
À l'heure actuelle, de nouveaux types de machines (automatisées), de moules (avec le système de chauffage direct), et de matériaux deviennent disponibles et permettent de fabriquer différentes pièces techniques comme par exemple des pièces en polymères renforcés (chargés) ou des pièces multicouches (polymère/polymère, polymère/mousse/polymère) avec des polymères de différentes familles.
De plus, la technique de rotomoulage réactif permet l’utilisation des polymères thermodurcissables (polyuréthanes ou polyépoxy) pour la fabrication des pièces de haute performance.
Des secteurs importants du marché s’ouvrent aux produits rotomoulés, car le procédé peut fournir des pièces de haute qualité, à rendement élevé et à des prix concurrentiels. C’est pourquoi le rotomoulage peut désormais prendre sa place légitime à côté des autres procédés, tels que l’extrusion-soufflage, le thermoformage et le moulage par injection.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version archivée 1 de janv. 2004 par Abbas TCHARKHTCHI
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Quelques règles à respecter pour la conception des pièces rotomoulées
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9. Principaux avantages et inconvénients et comparaison du rotomoulage avec les autres procédés
9.1 Avantages et inconvénients
Parmi les avantages du procédé, on peut citer les suivants :
-
les moules sont de conception relativement simple et peu coûteux par rapport à ceux des procédés classiques. En effet, le rotomoulage ne met pas en œuvre de hautes pressions, le moule ne nécessite donc pas une haute résistance ;
-
en l’absence de pression, les contraintes résiduelles d’origine mécanique dans la pièce sont inexistantes ;
-
il n’y a pas de perte du matériau ;
-
la machine est simple et économique. À titre d’exemple, une machine de rotomoulage coûte trois fois moins cher qu’une machine d’injection équivalente ;
-
les articles de formes relativement compliquées peuvent être rotomoulés. Ce procédé est particulièrement bien adapté pour les grosses pièces de forte épaisseur mais aussi, et ceci constitue un progrès récent, pour les pièces techniques telles que les multicouches, les pièces moussées ou chargées ;
-
le temps de cycle étant assez élevé, ce procédé peut être très bien adapté pour effectuer des modifications chimiques. On parle alors de rotomoulage réactif, et cette possibilité est une des spécificités de ce procédé ;
-
des inserts en plastique (ou métalliques) peuvent être facilement fixés directement sur le moule ;
-
les pièces ont une épaisseur relativement uniforme en comparaison avec le thermoformage ;
-
le rotomoulage de matériaux composites est également possible ;
-
les lignes de soudure (dues au plan de joint) peuvent être facilement évitées ;
-
des détails de surface assez fins peuvent également être obtenus.
Cependant, il ne faut pas oublier certaines limites :
-
le temps de cycle est important en comparaison avec les autres procédés (15 à 40 min par cycle), d’où une faible cadence de production ;
-
le nombre de matériaux qui conviennent à ce procédé est limité. Actuellement environ 90 % des pièces rotomoulées sont en polyéthylène ;
-
le prix des matériaux est relativement élevé car il faut les moudre afin d’obtenir de la poudre ;
-
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CRAWFORD (R.J.) - Rotational moulding of plastic. - Research Studies Press Ltd., J. Willey & Sons Inc., Second edition, chap. 1, 3 and 9 (1996).
-
(2) - ARAMAZOTTI (D.) - Rotational moulding. - Plastics Products Design Handbook, ed. MILLER (E.), Marcel Dekker, New York (1983).
-
(3) - OLIVEIRA (M.J.), CRAMEZ (M.C.) - Rotational molding of polyolefins : Processing, morphology, and properties. - J. Macromol. Sci., Phys., vol. 40, nos 3-4, p. 457-471 (2001).
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(4) - TAN (S.B.), HORNSBY (P.R.), McAFEE (M.B.), KEARNS (M.P.), McCOURT (M.P.) - Internal Cooling in Rotational Molding. - A Review, Polymer Engineering and Science ; 51(9) : p. 1683-1692 (2011).
-
(5) - TCHARKHTCHI (A.), BRIOT (J.), CRAWFORD (R.J.), ROBERT (A.), KEARNS (M.) - Rotomoulage du polyéthylène chargé mica. - Matériaux et Techniques, nos 9-10, p. 37-43 (2001).
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RotoCure 2000 System Manager©
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