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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 3 728 − 1 Moulage par injection de résine à basse pression ou procédé RTM par François BOINOT Ingénieur de l’Institut National Supérieur de Chimie Industrielle de Rouen Ingénieur de Recherche et Développement Matra Automobile et Alain GURLIAT Ingénieur de l’École Centrale de Lyon Directeur du Centre de Theillay Matra Automobile ’injection des résines thermodurcissables sur des renforts (en général de verre) permet de fabriquer des pièces moulées de petite ou de grande taille. Les différents procédés développés ont pris dans les années quatre-vingt le nom de RTM (Resin Transfer Molding). L’objet du présent article est d’en présenter les systèmes réactifs utilisés, les renforts, le matériel, le mode opératoire, les performances et les applications. 1. Principe du procédé ................................................................................ A 3 728- 2 1.1 Généralités ................................................................................................... — 2 1.2 Systèmes réactifs......................................................................................... — 2 1.3 Renforts ........................................................................................................ — 4 2. Limites d'utilisation du procédé.......................................................... — 5 2.1 Dimensions et formes ................................................................................. — 5 2.2 Épaisseurs, nervures ................................................................................... — 5 2.3 Défauts et remèdes...................................................................................... — 5 3. Matériel utilisé.......................................................................................... — 5 3.1 Machine d’injection ..................................................................................... — 5 3.2 Périphériques............................................................................................... — 6 3.3 Moules.......................................................................................................... — 6 3.4 Investissements ........................................................................................... — 7 4. Mode opératoire....................................................................................... — 7 4.1 Temps de cycle............................................................................................. — 7 4.2 Sandwiches et inserts ................................................................................. — 8 4.3 Mise en peinture.......................................................................................... — 8 5. Avantages et inconvénients.................................................................. — 9 5.1 Avantages du procédé RTM par rapport à d’autres méthodes concurrentes ............................................................................................... — 9 5.2 Inconvénients............................................................................................... — 9 6. Marchés et applications......................................................................... — 10 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. A 3 728 L MOULAGE PAR INJECTION DE RÉSINE À BASSE PRESSION OU PROCÉDÉ RTM ____________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. A 3 728 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Plastiques et Composites 1. Principe du procédé 1.1 Généralités Le moulage par injection de résine ou procédé RTM (Resin Transfer Molding ) s’est amélioré depuis les années soixante-dix et ne doit pas être confondu avec le procédé RIM (Reaction Injection Molding ) qui fait par ailleurs, dans ce traité, l’objet de l’article Moulage par injection-réaction : procédés RIM et R-RIM [A 3 746]. I Dans le procédé RTM (ﬁgure 1), une résine de faible viscosité [0,1 à 1 Pa · s (quelques poises) à température ambiante] est injectée par une pompe basse pression dans un moule fermé, chauffé, dans lequel préalablement des renforts appropriés (le plus souvent, des mats de ﬁbres de verre), des inserts et des noyaux en mousse (si nécessaire), (§ 2.2) ont été disposés convenablement. Une fois l’injection des réactifs terminée, le processus de polymérisation peut commencer et dure entre 2 et 30 min, selon la nature des constituants et la géométrie de la pièce. Récemment est apparu un nouveau procédé dérivé du RTM : le HS-RTM (High Speed Resin Transfer Molding ), c’est-à-dire moulage par injection de résine à grande vitesse : ce procédé est identique au RTM si ce n’est que les temps de cycle sont plus courts (voisins de 2 min). I Le procédé RIM consiste à injecter un système réactif dans le moule par des pompes haute pression (10 à 20 MPa). Si le système réactif contient des renforts (ﬁbres de verre coupées) en suspen- sion, le procédé prend les noms de R-RIM (RIM renforcé) et de S-RIM (si l’on injecte sur une préforme riche en verre). Les temps de cycle du RIM sont en général plus courts que ceux du RTM. Ces différents procédés sont comparés dans le tableau 1. Cette diversiﬁcation des procédés est due au progrès des techniques et des produits : en effet, il y a 20 ans et plus, le polyester insaturé était la seule résine thermodurcissable utilisée en injection avec des machines classiques (pompe à faible pression et mélangeur statique ou dynamique). Ont été ensuite employées des résines époxydes et, surtout, des résines polyuréthannes, à deux constituants, de réactivité de plus en plus grande ; cela a eu pour conséquence la mise au point de machines très performantes, autonettoyantes (machines haute pression), d’où le développement du procédé RIM et de ses dérivés. Les résines époxydes utilisées en RTM ont permis l’obtention de pièces à caractéristiques mécaniques nettement améliorées par rapport aux pièces obtenues en RTM à partir de résines polyesters. D’autres systèmes réactifs ont également été introduits et seront décrits ci-après (§ 1.2.2, 1.2.3, 1.2.4 et 1.2.5). Dans ce qui suit, il ne sera question que des procédés RTM et HS-RTM que nous ne différencierons pas, tant leurs caractéristiques de mise en œuvre sont voisines. 1.2 Systèmes réactifs Les principaux systèmes réactifs utilisés sont évidemment des résines thermodurcissables : — résines de polyesters insaturés, catalysées et accélérées ; — résines vinylesters, catalysées et accélérées ; — résines époxydes avec leurs durcisseurs ; — résines acryliques. Les noms des Producteurs de ces résines sont indiqués à la ﬁche documentaire [Doc. A 3 728]. 1.2.1 Résines de polyesters insaturés Nota : le lecteur pourra utilement se reporter à l'article Polyesters insaturés [A 3 445] dans ce traité. Il s’agit des résines le plus couramment utilisées dans le procédé RTM. Le principe de polymérisation est le suivant : une résine polyester est un polycondensat d’anhydride maléique ou phtalique avec un ou plusieurs glycols, mis ensuite en solution dans le styrène. (0) Figure 1 – Cycle de moulage RTM Tableau 1 – Caractéristiques comparées des différents procédés d'injection des résines thermodurcissables RTM HS-RTM RIM R-RIM S-RIM Machine d’injection............................................................... Basse pression Haute pression Renfort.................................................................................... Mat de verre Pas de renfort Fibres de verre courtes Préforme Temps de cycle.............................................................(min) 2 à 30 1 à 3 < 2 < 2 < 2 Module d’Young en flexion des pièces obtenues .......................................................................(MPa) > 4 000 > 20 000 < 1 000 < 2 000 > 4 000 ____________________________________________________________________ MOULAGE PAR INJECTION DE RÉSINE À BASSE PRESSION OU PROCÉDÉ RTM 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 3 728 − 3 La résine polyester ainsi obtenue contient donc des doubles liaisons réactives qui sont relativement stables à température ambiante en l’absence de catalyseur ; en présence de peroxyde, ces doubles liaisons s’ouvrent pour donner, après polyaddition, un système tridimensionnel. Aﬁn d’accélérer cette ouverture, on peut ajouter un accélérateur qui provoque la décomposition radicalaire du peroxyde. Ces réactions peuvent se résumer succinctement de la manière suivante. I Décomposition du peroxyde (sous l’effet de la chaleur) : ROOR → 2 ROG ou (en présence de sel de cobalt) : Co2+ + ROOH → ROG + OH– + Co3+ I Propagation de la réaction : Ces pièces obtenues en RTM avec des résines polyesters ont des propriétés (tableau 2) qui en font des pièces d’aspect ou de semi-structure. Les pièces de structure qui demandent de meilleures propriétés mécaniques sont plutôt à base de résines vinylesters ou époxydes (tableau 2). Les résines polyesters sont en général mélangées avec des charges (carbonate de calcium) de manière à améliorer l’aspect et à diminuer le prix des pièces. 1.2.2 Résines vinylesters Leur mise en œuvre est identique à celle des résines polyesters : on utilise des systèmes composés de résine + charges + catalyseur + accélérateur (si nécessaire). Les résines vinylesters, étant donné leur constitution et leurs propriétés, sont intermédiaires entre les résines polyesters et les résines époxydes ; elles sont, en effet, obtenues par réaction d’un monomère acrylique sur une résine époxyde, puis diluées dans un monomère du type styrène (ﬁgure 2). Elles contiennent des liaisons vinyliques insaturées, d’où leur réactivité chimique. Comme le montre le tableau 2, ces résines peuvent être utilisées si l’on désire des propriétés mécaniques plus élevées que celles des pièces obtenues avec les résines polyesters. 1.2.3 Résines époxydes Les résines époxydes sont en général des produits de polyaddi- tion du bisphénol A avec l’épichlorhydrine et la soude (article Résine époxyde . Composants et propriétés [A 3 465] dans ce traité). (0) ROG R + ′CH CH RO → CHCH G  R ′′   R ′′ R ′ ROCHCH R CH CH + ROCHCHCHCH etc →  R ′ R ′′ R ′′ R ′ R ′′ R ′ R ′′       G G Tableau 2 – Propriétés comparées des pièces obtenues en RTM avec différentes résines thermodurcissables renforcées de 30 % (en masse) de mat de verre Résine polyester standard Résine vinylester standard Résine époxyde standard Résine acrylique standard Conditions de mise en œuvre — Machine ...................................................................................... Classique Classique (1) Classique — Température de moulage....................................................(oC) de 25 à 110 de 25 à 110 > 80 de 25 à 110 — Temps de polymérisation..................................................(min) 2 à 30 2 à 15 > 15 2 à 15 Propriétés mécaniques des pièces obtenues — Contrainte à la rupture en flexion à 23 oC (sens perpendicu- laire aux fibres) .......................................................................(MPa) 250 300 350 320 — Module d’Young en flexion..............................................(MPa) 10 000 13 000 15 000 14 000 uploads/Industriel/ moulage.pdf