Bibliographie & annexes
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En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN 13121-1 (M88-557-1) du 01/10/2003 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN 13121-1 de septembre 2021 : Réservoirs et récipients en PRV pour applications hors sol - Partie 1 : matières premières - Conditions de spécifications et conditions d'utilisation
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).
RÉSUMÉ
La projection simultanée est une technique de fabrication de pièces en matériaux composites, associant des fibres de verre coupées qui constituent les renforts, et de la résine liquide réactive qui forme une matrice. Ces deux matières mélangées sont projetées vers un moule pour y créer une couche compacte. Cette opération est essentiellement manuelle et permet la fabrication de pièces aux formes et dimensions variées. Malgré plusieurs voies d’amélioration techniques, les contraintes de préparation et de mise en œuvre de la résine rendent ce procédé peu productif et assez mauvais candidat à une robotisation industrielle.
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Simultaneous projection is a fabrication technique of composite material parts combining chopped glass fibers constitutive of the reinforcements and liquid resin constitutive of a matrix. These two mixed materials are projected into a mould in order to create a compact layer. This operation is essentially manual and allows the fabrication of parts in varying shapes and sizes. In spite of the existence of several technical improvement methods and due to the constraints regarding the preparation and use of resin this process remains low-productive and little suitable for industrial robotization.
Auteur(s)
-
Donald HEARN : Ingénieur d'études
INTRODUCTION
La projection simultanée est une technique de fabrication de pièces en matériaux composites qui apporte, ou projette, simultanément les deux composants de base de ces matériaux ; les renforts sous forme de fibres coupées et la matrice sous forme d'un jet de résine liquide réactive. Ce flux de matières mélangées est dirigé vers l'empreinte d'un moule pour créer une couche compacte.
Dans son principe, ce procédé produit un matériau qui s'apparente à celui obtenu par le moulage au contact et peut être considéré comme une étape vers l'industrialisation avec des gains de productivité substantiels.
Dans la stricte application de la technique, les renforts sont uniquement des fibres coupées et les pièces sont issues de moules ouverts, caractéristique qui a obligé une évolution de la pratique afin de répondre aux exigences actuelles en matière d'hygiène et de sécurité.
S'agissant essentiellement d'une opération manuelle, le procédé se prête à la fabrication de tout type de pièce dont la forme est relativement ouverte soit en creux, soit en bosse et dont toutes les surfaces peuvent être atteintes en ligne droite à partir du pistolet.
Néanmoins, des formes fermées continues comme des tubes ou des cuves sont réalisables moyennant un moule astucieusement démontable.
La projection simultanée fait ses premières pas dans les années 1950 en réponse aux demandes particulières d'après-guerre ; premièrement, un intérêt croissant auprès du public et de l'industrie pour ces nouveaux matériaux composites à base de fibres de verre et de résines polyester qui avaient déjà fait leurs preuves, et deuxièmement, la fébrilité de la demande en produits de première nécessité, d'équipement et de loisirs.
La projection de matière, par exemple un mortier de sable et de ciment sur une ossature métallique, avait été exploitée pendant la guerre 1939-45 avec la construction de grandes pièces à parois minces telles que des caissons et des barges qui avaient fait preuve de rapidité et de solidité. Par ailleurs, la peinture au pistolet, mue par l'air comprimé, avait bénéficié d'avancées techniques développées grâce à l'énorme effort d'industrialisation au cours de cette période.
Quiconque ayant fabriqué des pièces en matériau composite par moulage au contact s'aperçoit que la préparation de la résine avec son système catalytique puis sa mise en œuvre est un frein à la rapidité d'exécution et donc à la productivité. Le pistolet à peinture classique est donc vite mis à contribution, moyennant quelques modifications, pour la préparation de la résine (mélanger la résine avec son système catalytique) et l'appliquer sur les renforts à fibres de verre de type mats et/ou tissus placés au préalable dans un moule.
En ajoutant un dispositif léger et performant pour couper les fibres de verre et les orienter vers le moule, le simple pistolet à peinture devient un véritable outil à produire de la matière première complète de la future pièce et ouvre la voie vers une fabrication semi-industrielle des composites.
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2. Méthode de travail
2.1 Projection
La projection simultanée est conçue pour l'élaboration de matériaux composites à renforts de fibres coupées et donne un résultat très proche des mats à fibres coupées, une forme versatile très largement répandue dans l'industrie.
Il est aussi vrai que le pistolet est utilisé pour d'autres opérations dans la fabrication des composites, notamment l'application de gel-coats et de top-coats (résines chargées) mais aussi pour mouiller des couches de renforts de type tissus en construction mixte. Ces appareils sont seulement réglés différemment de ceux employés par la projection simultanée.
La tendance est au matériel polyvalent et modulable donc rien n'empêche l'utilisation d'une seule machine jouant plusieurs rôles, ce qui reste conditionné par le type et l'intensité de la production envisagée.
Exemple : la figure 7 montre une toiture de cuve de stockage en cours de fabrication. La pièce nécessite environ 150 kg de verre/polyester projeté en 3 phases égales avec ébullage en continu. La grande taille de cette pièce de révolution (diamètre 3,50 m) fait qu'elle est placée en rotation autour de son axe et l'opérateur projecteur reste en position fixe. Le temps de projection est d'environ 45 min.
La réussite du moulage de toutes pièces en composite dépend essentiellement de trois paramètres :
-
la répartition uniforme de la matière dans le moule, ce qui n'exclut pas des variations d'épaisseur à certains endroits pour des raisons constructives ;
-
l'homogénéité de la matière elle-même ;
-
la répétabilité de la technique.
Cela se traduit en partie par une masse surfacique de la matière précise : typiquement, une épaisseur de composite de 6 mm en projection simultanée conduit à une masse surfacique de 2,5 kg/m2 si une résine non chargée est employée.
C'est donc le savoir-faire et l'habilité de l'opérateur projecteur qui assurent la distribution voulue de la matière après ajustement du ratio de mélange. Le rapport de la masse de résine à la masse de renforts se place habituellement dans la gamme 2,5/1 à 3,5/1. Le contrôle se fait en projetant les matières dans un récipient adéquat pendant un nombre...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KARDOS (J. L.) - Critical issues in achieving desirable mechanical properties for short fibre composites - . Pure & Applied Chemistry Vol. 57 No 11 pp 1651- 1657 1985.
-
(2) - * - Communication privée et de la société Hermex S.A. F45270-Bellegarde concernant des essais mécaniques pour comparer un matériau mats fibres coupées/résine polyester avec un matériau similaire obtenu par projection simultanée (PS).
Salon international JEC, Paris : tous les ans fin mars/début avril à la Porte de Versailles. Le plus grand salon dédié aux matériaux composites rassemblant producteurs, transformateurs et fournisseurs.
Salon Composites Europe, Allemagne : tous les ans (depuis 6 ans) à l'automne.
HAUT DE PAGE
NF EN 13121 1-4 - Mai 2004 - Réservoirs et récipients en PRV pour applications hors sol. La partie 3 concerne le calcul des structures. - -
HAUT DE PAGE
Installations classées pour la protection de l'environnement ICPE. La réglementation et la nomenclature en vigueur selon le Code de l'environnement.
http://installationsclassees.ecologie.gouv.fr
Directive européenne N˚ 1999/13/CE du 11 mars 1999 et sa modification Directive N˚ 2008/112/CE du 16 décembre 2008 concernant la réduction des émissions de COV dans l'atmosphère.
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