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Article

1 - RENFORCEMENT DES RÉSINES THERMODURCISSABLES

2 - RENFORCEMENT DES RÉSINES THERMOPLASTIQUES

3 - RENFORCEMENT DES MOUSSES RIGIDES OU SEMI-RIGIDES

  • 3.1 - Moulage entre moule et contre-moule
  • 3.2 - Moulage par projection

4 - CONCEPTION D’UNE PIÈCE EN MATÉRIAU COMPOSITE

5 - INDUSTRIALISATION

Article de référence | Réf : A3720 v1

Industrialisation
Mise en œuvre des composites - Méthodes et matériels

Auteur(s) : François BERBAIN, Alain CHEVALIER

Date de publication : 10 avr. 1997

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INTRODUCTION

mis à jour par Claude CHOUDIN Responsable assistance technique Vetrotex Renforcement SA

Les méthodes de mise en œuvre spécifiques aux matières plastiques renforcées ont contribué à l’évolution des termes utilisés pour désigner ces matériaux depuis leur origine, c’est-à-dire depuis une cinquantaine d’années.

Le terme stratifiés a été longtemps employé pour rappeler la constitution même du matériau : des « strates », ou couches successives de fibres de verre ou d’autres produits en feuilles (papiers, tissus de coton, etc.) et de résine thermodurcissable.

Puis l’appellation stratifiés basse pression a été préférée pour distinguer les procédés d’obtention de ces matériaux de ceux utilisés pour les stratifiés haute pression. En effet, ces stratifiés basse pression étaient obtenus par moulage sans pression (moulage manuel ou par enroulement) ou par moulage à très faibles pressions (quelques mégapascals) entre moule et contre-moule.

Le renfort de verre utilisé était alors essentiellement présenté sous forme de feutre (mat), de tissu, ou sous forme de mèches (stratifil ou roving).

L’évolution des besoins a peu à peu nécessité l’utilisation d’autres méthodes mettant en œuvre d’autres matrices, de nouvelles présentations de la fibre de verre ainsi que d’autres fibres ou des hybrides.

Les tonnages les plus importants sont encore obtenus avec le couple verre/UP (polyester insaturé). On signalera cependant dans quelle mesure les techniques présentées sont applicables ou appliquées aux autres matrices ou aux autres renforts.

Aujourd’hui, les plastiques renforcés ou composites ont atteint l’âge adulte et peuvent être obtenus par de nombreux procédés de mise en œuvre ici décrits. Ces procédés nécessitent l’emploi de certaines matrices polymériques et de différentes présentations de renforts qui seront précisées au fur et à mesure ; mais, d’une manière générale, les plastiques renforcés sont toujours constitués de deux matériaux principaux : le renfort et la matrice, auxquels sont associés différents adjuvants.

Le renfort est constitué d’un matériau fibreux. Il s’agit le plus souvent de fibres de verre, mais aussi de fibres de carbone, de fibres d’aramide, de silice, de bore, etc. Il se présente sous la forme de mats (feutres constitués de fils coupés ou de fibres longues), de tissus, de rovings (mèches), de fils coupés.

La matrice est soit une résine thermodurcissable (polyester insaturé, résine époxyde, ou formophénolique, polyimide, polyuréthanne, etc.), soit une résine thermoplastique (polyamide, polycarbonate, polyester saturé, polypropylène, etc.).

Les adjuvants sont des produits nécessaires à la réticulation ou à la polymérisation des résines (accélérateurs, catalyseurs, etc.) ou bien à l’obtention de caractéristiques spécifiques (comportement au feu, résistance au vieillissement, coloration, etc).

On utilise aussi des charges (carbonate de calcium, talc, etc.) pour des raisons économiques ou, dans certains cas, pour faciliter la mise en œuvre.

La vaste gamme de méthodes de mise en œuvre utilisables pour la fabrication de pièces en plastiques renforcés permet de répondre aux différents critères exigés pour la réalisation envisagée : forme, dimension, caractéristiques mécaniques, aspect, série, cadence, etc.

Associés à chacune de ces méthodes, les matériaux utilisés (renfort, matrice et adjuvants) seront choisis pour que la pièce à fabriquer réponde aux sollicitations exigées : caractéristiques mécaniques, comportement au feu, résistance à la corrosion, tenue aux rayons ultraviolets, etc.

Les méthodes de mise en œuvre des matières plastiques renforcées thermodurcissables se classent généralement en fonction :

  • des séries à réaliser :

    • petites (moins de 1 000 pièces/an),

    • moyennes (1 000 à 15 000 pièces/an),

    • grandes (au-delà de 15 000 pièces/an) ;

  • des dimensions :

    • très petites (surface développée de quelques cm 2),

    • petites (surface développée inférieure à 1 m 2),

    • moyennes (surface développée de 1 à 5 m 2),

    • grandes (surface développé supérieure à 5 m 2).

Néanmoins, deux catégories de procédés se réfèrent aux formes des pièces à réaliser ; ce sont les procédés pour la réalisation de corps creux (tubes et citernes) et les procédés en continu qui permettent la réalisation de pièces à section constante (profilés).

Les méthodes de mise en œuvre des matières thermoplastiques renforcées se classent, elles, en deux catégories : l’injection qui est le procédé le plus utilisé, et l’emboutissage ou l’estampage de plaques qui sont des procédés plus récents ; les mèches imprégnées sont également utilisables directement.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-a3720


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5. Industrialisation

Les matériaux composites sont devenus des produits industriels à part entière par leurs applications, mais surtout par les moyens mis en œuvre pour les rendre compétitifs vis-à-vis des matériaux traditionnels dans le domaine de la grande diffusion.

Le problème de la réalisation d’une pièce ne s’arrête pas à sa mise au point dans un procédé donné mais doit prendre en compte tous les moyens à mettre en œuvre en amont et en aval pour rendre le produit économiquement viable, comme cela se passe avec les matériaux traditionnels.

Il faut donc considérer une ligne de fabrication, mais vouloir avancer des coûts d’investissements pour un procédé (cf. article [A 3 721]) sans en connaître l’enveloppe serait extrêmement aléatoire. Il serait de même illusoire de vouloir parler du coût approximatif d’un moule sans connaître le type de pièce à réaliser (complexité, exigence de l’aspect de surface, etc.), d’autant que, selon le fournisseur et les traitements de surface appliqués au moule, le prix peut varier de 1 à 3 pour un même moule.

Passons brièvement en revue les moyens mis en œuvre pour industrialiser et améliorer la productivité des matériaux composites. Ces moyens relèvent tous du même principe : automatisation permettant de diminuer les coûts de main-d’œuvre, d’augmenter la cadence et d’améliorer la qualité du produit.

  • Les procédés de découpe :

    • des renforts : les renforts en nappe (mat ou tissu) sont empilés sur 10 ou 20 ou 30 couches, et découpés avec des ciseaux électriques ou à l’emporte-pièce ;

    • des semi-produits : pour le SMC, il existe des machines qui assurent le dévidage du rouleau, le dépelliculage du SMC et la découpe des flans ; ceux-ci sont ensuite acheminés automatiquement vers le poste de moulage ; les plaques en TRE sont automatiquement découpées à la presse (emporte-pièce) et acheminées sur le poste de préchauffage ;

    • des composites : il existe principalement trois systèmes de coupe : les outils diamantés (disques, fraises) tournant à grande vitesse, le jet d’eau à très haute pression et le laser ;...

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