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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites A 3 720 − 1 Mise en œuvre des composites Méthodes et matériels par François BERBAIN Licencié de chimie et Alain CHEVALIER Ingénieur de l’École nationale d’hydrographie Ingénieur à Vetrotex Saint-Gobain mis à jour par Claude CHOUDIN Responsable assistance technique Vetrotex Renforcement SA es 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 thermo- durcissable. 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. 1. Renforcement des résines thermodurcissables .............................. A 3 720 - 3 1.1 Procédés pour petites séries....................................................................... — 3 1.2 Procédés pour moyennes séries ................................................................ — 6 1.3 Procédés pour grandes séries .................................................................... — 10 1.4 Procédés utilisés pour la réalisation de corps creux ................................ — 17 1.5 Procédés de moulage en continu............................................................... — 22 2. Renforcement des résines thermoplastiques .................................. — 24 2.1 Injection........................................................................................................ — 24 2.2 Fabrication et moulage des plaques en TRE............................................. — 27 2.3 Autres procédés........................................................................................... — 28 3. Renforcement des mousses rigides ou semi-rigides ..................... — 30 3.1 Moulage entre moule et contre-moule...................................................... — 30 3.2 Moulage par projection............................................................................... — 31 4. Conception d’une pièce en matériau composite ............................ — 31 4.1 Principes généraux...................................................................................... — 31 4.2 Possibilités offertes par les procédés ........................................................ — 32 5. Industrialisation ....................................................................................... — 34 L MISE EN ŒUVRE DES COMPOSITES ________________________________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. A 3 720 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites 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 dif- férentes 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 polymé- risation 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 méca- niques, 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 sollici- tations 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 thermo- durcissables 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 cm2), • petites (surface développée inférieure à 1 m2), • moyennes (surface développée de 1 à 5 m2), • grandes (surface développé supérieure à 5 m2). 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. _______________________________________________________________________________________________________ MISE EN ŒUVRE DES COMPOSITES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites A 3 720 − 3 1. Renforcement des résines thermodurcissables 1.1 Procédés pour petites séries 1.1.1 Moulage au contact 1.1.1.1 Principe Cette méthode de mise en œuvre est la première à avoir été employée dans le moulage des résines de polyesters insaturés renforcées. Elle est généralement pratiquée soit pour réaliser des pièces unitaires, soit pour des séries pouvant aller jusqu’à un millier de pièces par an. Le moulage au contact peut être utilisé pour la réalisation de pièces de toutes dimensions : par exemple des pièces techniques de quelques dm2 aussi bien que des piscines de 150 m2 de surface développée. Mais cette méthode est généralement limitée à la fabrication de pièces de formes relativement simples et ne devant avoir qu’une seule face ayant un bel aspect (l’autre face étant brute de moulage). La méthode de moulage au contact consiste à disposer succes- sivement sur un moule : — un agent de démoulage ; — un gel coat (§ 1.1.1.2) ; — une couche de résine thermodurcissable liquide, de viscosité comprise entre 0,3 et 0,4 Pa · s et de réactivité moyenne ; — une couche de renfort (verre, aramide, carbone, etc.) sous forme de mat à fils coupés ou de tissu roving ; et à réaliser l’imprégnation du renfort par une opération manuelle à l’aide d’un rouleau ou d’une brosse (ﬁgure 1). Cette opération est répétée autant de fois qu’il y a de couches de renfort aﬁn d’obtenir l’épaisseur et la structure désirées. 1.1.1.2 Matériel Le matériel nécessaire au moulage au contact est à la fois simple et restreint, et représente donc un investissement faible. Il se compose essentiellement des éléments suivants : — une balance de pesée ; — des instruments de dosage (pipettes et récipients gradués) ; — des récipients pour contenir la résine ; — des ciseaux pour la découpe des renforts ; — le matériel de dépose du gel coat : pinceau, pistolet de peinture à air comprimé ou machine de projection spécifique pour gel coat ; — le matériel d’imprégnation : rouleau à peau de mouton, pinceau ou brosse ; — le matériel de débullage : rouleaux cannelés ou à rondelles éventails ; — un moule, réalisé à la forme de la pièce à fabriquer. I Moule C’est le moule qui représente l’élément essentiel de l’investisse- ment, mais c’est aussi lui qui constitue l’élément déterminant pour la qualité de la pièce à fabriquer. Le moule est généralement réalisé en plastique renforcé et obtenu, en moulage au contact, à partir d’un modèle qui est le plus souvent réalisé en bois mais qui peut également être en plâtre ou en tôle formée. Ce moule est, dans la plupart des cas, monobloc mais il peut être réalisé en plusieurs éléments, notamment s’il comporte des parties en contre-dépouille. De l’état de surface du moule dépendra l’aspect de surface de la pièce moulée. C’est pourquoi les moules en composites verre-résine comportent en couche de surface un gel coat spécial pour moule qui permet la réalisation de 700 à 1 000 pièces avec un moule lorsque celui-ci est correctement entretenu. Les moules subissent le plus souvent un traitement de démoulage (Ferro ou Sturge par exemple) permettant leur emploi pour plus de dix pièces sans aucune intervention. Après quoi, un léger polissage et un nouveau traitement seront nécessaires pour assurer à la fois un démoulage facile et un bel aspect uploads/Industriel/ mise-en-oeuvre-des-composites-methodes-et-materiels.pdf