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Mise en œuvre des composites
Méthodes et matériels
1. Renforcement des résines
thermodurcissables
1.1 Procédés pour petites séries
1.1.1 Moulage au contact

on dépose une couche de résine, soit au pinceau, soit au rouleau,
soit au pistolet, celui-ci étant réservé aux grandes surfaces.
On dispose la première couche de renfort (mat ou tissu) sur cette
couche de résine.
Dans le cas de formes complexes ou d’arêtes, on pourra être
amené à procéder à des découpes dans le renfort pour permettre
à celui-ci de mieux se placer, en évitant ainsi la formation de plis.
Une fois cette couche imprégnée, on procède au débullage,
c’est-à-dire à l’élimination des bulles d’air emprisonnées au sein de
cette couche,
1.1.2 Projection simultanée
Le procédé consiste à projeter simultanément sur le moule les
fibres de verre coupées généralement à 30 mm de longueur et la
résine nécessaire à leur imprégnation. Après projection sur le moule,
un travail manuel de roulage et de débullage est nécessaire pour
bien plaquer ou compacter le mélange verre-résine sur le moule et
éliminer au maximum les bulles générées par le système de projection
1.2 Procédés pour moyennes séries
1.2.1 Moulage sous vide
Le principe du moulage sous vide consiste à utiliser le vide pour permettre
l’imprégnation progressive du renfort par la résine entre un moule (matrice)
et un contre-moule (poinçon). Le vide va provoquer sur les parois du moule
les phénomènes suivants :
— dans le cas d’un vide poussé, la pression sera voisine de la
pression atmosphérique ;
— dans le cas d’un vide partiel, la pression sera équivalente à la
différence des pressions existant entre l’extérieur et l’intérieur du
moule.
Il existe plusieurs variantes du procédé de moulage sous vide
qui se distinguent essentiellement par différentes conceptions des
moules, principalement au niveau du poinçon, et par diverses techniques
pour l’alimentation de la résine.
Moulage sous vide ou
par dépression

Moulage par injection
sous vide
1.2.1.1 Mode opératoire
Les principales étapes du procédé sont :
— le nettoyage et le traitement du moule par un agent de démoulage ;
— la mise en place d’un gel coat si la pièce le nécessite ;
— la dépose des renforts et de la résine ;
— la mise sous vide et le maintien de celui-ci jusqu’au durcissement de la pièce ;
— le démoulage et le détourage aux dimensions exactes de la pièce.
1.2.1.2 Avantages
Ils sont de deux ordres :
— possibilité d’obtenir des pièces avec deux faces lisses en petite ou moyenne
série avec des investissements relativement faibles ;
— diminution des coûts de main-d’oeuvre pour les techniques
1.2.1.3 Inconvénients
L’inconvénient majeur des procédés de moulage sous vide réside dans la difficulté
de la maîtrise technique des pièces à réaliser, ce qui entraîne :
— des variations plus ou moins importantes des épaisseurs, et donc des
variations de masse de la pièce ;
— des fluctuations dans les proportions renfort/résine ;
— des risques de pièces incomplètes ;
— des risques de bulles induisant des défauts d’aspect et de caractéristiques
mécaniques ;
— des risques de rebuts importants avec leur incidence économique.
1.2.1.4 Applications
Les principales pièces réalisées sont :
— des panneaux sandwiches pour camions isothermes, pour shelters (cellules
servant d’abris fixes ou mobiles), etc. ;
— des capots de machines ;
— des bornes de distribution d’eau ;
— des armoires électriques.
1.2.2 Moulage par injection basse pression de résine liquide
Ce procédé consiste à remplir l’empreinte d’un moule, rigide et fermé,
par injection d’une résine en un ou plusieurs points selon l’importance de
la pièce. Les renforts sont préalablement disposés à l’intérieur du moule
avant sa fermeture et son verrouillage. ce procédé est appelé RTM
(Resin Transfer Molding).
1.2.3 Moulage par compression basse pression
Ce procédé, appelé plus généralement moulage à la presse basse
pression, connu autrefois sous le nom de moulage à la presse à froid,
repose sur le principe d’un demi-moule fixe dans lequel sont déposés les
matériaux de moule, et d’un second demi-moule en mouvement, qui vient
comprimer ces matériaux pour remplir l’empreinte et former la pièce. Les
renforts utilisés sont du même type que l’injection basse pression.
Figure – Moulage par injection de résine : organisation du carrousel
1.2.3.1 Matériel
• Moules
En règle générale, il faut respecter les principes suivants.
— Dépouille : les moules en matières plastiques et les résines liquides ne
permettant pas l’utilisation de moules en plusieurs éléments. Pour faciliter le
démoulage, il est conseillé de prévoir des angles de dépouille de 5 à 7°.
— Arêtes : impossibilité de mouler des pièces avec des arêtes vives, prévoir un
rayon de courbure minimal de 5 mm.
— Épaisseur : l’épaisseur minimale devra être de 2 mm.
— Variation de section (du type bossage ou nervure pleine) : c’est
pratiquement impossible du fait des difficultés de mise en place des renforts à ces
endroits.
— Évidements et trous de moulage : facilement réalisables avec
la préforme, mais peu recommandés dans les autres cas.
• Autre matériel
Outre les moules, le matériel spécifique à ce procédé de mise en oeuvre
comprend :
— une cuve de préparation de la formulation choisie pour la résine avec
mélangeur dynamique (turbine par exemple) ;
— une presse hydraulique à vitesse réglable avec colonnes ou coulisseaux de
guidage.
1.2.3.2 Mode opératoire
Les étapes de la fabrication sont :
— le nettoyage et le traitement du moule par un agent de démoulage ; dans le
cas de moules chauffés, on utilisera de préférence des agents démoulants
internes ;
— la dépose des renforts et de la résine en vrac ;
— la fermeture de la presse ;
— la polymérisation ;
— l’ouverture-démoulage ;
— le détourage de la pièce à ses dimensions exactes ou l’ébarbage.
1.2.3.3 Avantages
à savoir :
— au niveau technique : réalisation de pièces avec deux faces lisses et de
faibles variations d’épaisseur ;
— au niveau économique : ce procédé diminue le coût de la main-d’oeuvre de
telle façon qu’il peut être rentable à partir de 1 500 à 2 000 pièces/an malgré
l’investissement du moule (5 à 10 fois supérieur à celui d’un moule pour procédé
de moulage au contact).
1.2.3.4 Inconvénients
Les deux inconvénients majeurs sont identiques à
ceux de l’injection : ébarbage important dans le cas de l’utilisation
de renforts non préformés et impossibilité de réaliser des variations
d’épaisseur importantes de type bossage, nervures, etc.
Un autre inconvénient du moulage à la presse basse pression est
son manque de souplesse pour les séries inférieures à
3 000 pièces/ans comparativement à l’injection de résine liquide qui
permet d’introduire à tout moment plusieurs types de moules sur
une même ligne de fabrication.
1.2.3.5 Applications
Les principales pièces réalisées en moulage à la presse basse pression
sont : des coffrets électriques, des fonds de cuves, des pièces de capotage pour
matériel agricole, des panneaux de signalisation, etc
1.3 Procédés pour grandes séries
1.3.1 Semi-produits
Le premier procédé consiste à projeter sur un moule (le poinçon
généralement) des fils coupés et du liant. Le moule, appelé écran de
préforme, est constitué d’une tôle perforée d’une multitude de trous
derrière laquelle on effectue une forte aspiration permettant ainsi aux fils
d’épouser la forme du moule. Lorsque la quantité de renfort voulue est
déposée, l’ensemble est mis immédiatement en étuve pour faire durcir le
liant qui conférera à la préforme la rigidité nécessaire à sa manipulation et
à la conservation de la forme. Après durcissement, la préforme est
découpée aux dimensions exactes de la pièce, puis stockée en attente du
moulage. Cette technique ne permet d’obtenir que des préformes à base
de fils coupés (figure 8).
Le second procédé exploite les caractéristiques spécifiques des mats à fils
continus qui, grâce à leur structure à base de fils bouclés, peuvent être
étirés localement sans déchirure. Le principe consiste à chauffer les flans
de mats, préalablement tendus sur un cadre, à une température
supérieure à celle de fusion du liant thermoplastique puis à les mettre en
forme par emboutissage dans un moule froid. Le refroidissement redonne
au liant son état initial et maintien ainsi la préforme. Celle-ci est ensuite
découpée à la dimension exacte de la pièce.
1.3.2 Compression à chaud de résine liquide
Ce procédé, appelé moulage à la presse à chaud par voie humide,
pour le distinguer du moulage à la presse à chaud de compound
[SMC et prémix (§ 1.3.3)] que l’on appelle voie sèche, consiste à
déposer le renfort dans un moule chauffé ouvert, puis à verser la
résine en vrac. Lors de la fermeture du moule, par l’action d’une
presse hydraulique, les produits sont comprimés, la résine flue à
travers le renfort tout en l’imprégnant et vient remplir l’empreinte
du moule. Le temps de fermeture correspond au temps de polymérisation
de la pièce.
1.3.3 Compression à chaud de mat préimprégné ou de prémix
Ce procédé, appelé également moulage à la presse à chaud par voie
sèche, utilise le même principe que le moulage à la presse à chaud de
résine liquide. Il se différencie essentiellement par l’utilisation de semiproduits qui, par leur conception et leur présentation, vont permettre des
cadences de moulage plus élevées et surtout l’obtention de pièces
beaucoup plus complexes. Les semi-produits utilisés dans ce procédé sont
principalement le SMC (§ 1.3.1.2) et occasionnellement les prémix (§
1.3.1.3) Contrairement au procédé par voie humide où seule la résine flue
à travers le renfort, dans le procédé par voie sèche, c’est l’ensemble du
matériau (SMC ou prémix) qui se déplace dans le moule (figure 10).
1.3.4 Injection de prémix
Le procédé consiste à injecter les semi-produits du type prémix (BMC,
DMC, etc.) sous forte pression et à grande vitesse dans un moule fermé.
Cette technique est l’aboutissement de la recherche de l’augmentation des
cadences de moulage par la suppression de toute opération qui vient
augmenter le temps de cycle, telle que le chargement en moule ouvert, et
par le souci d’une automatisation maximale permettant de satisfaire aux
exigences économiques de la très grande série (> 100 000 pièces/an).
Cela implique donc des mouvements d’ouverture et de fermeture rapides,
des temps de remplissage et de cycles de polymérisation très courts, ce
qui nécessite des pressions et des températures de mise en œuvre encore
plus élevées que celles pratiquées en compression par voie sèche.

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Mise en oeuvre des composites

  • 1. Mise en œuvre des composites Méthodes et matériels
  • 2. 1. Renforcement des résines thermodurcissables
  • 3. 1.1 Procédés pour petites séries 1.1.1 Moulage au contact on dépose une couche de résine, soit au pinceau, soit au rouleau, soit au pistolet, celui-ci étant réservé aux grandes surfaces. On dispose la première couche de renfort (mat ou tissu) sur cette couche de résine. Dans le cas de formes complexes ou d’arêtes, on pourra être amené à procéder à des découpes dans le renfort pour permettre à celui-ci de mieux se placer, en évitant ainsi la formation de plis. Une fois cette couche imprégnée, on procède au débullage, c’est-à-dire à l’élimination des bulles d’air emprisonnées au sein de cette couche,
  • 4. 1.1.2 Projection simultanée Le procédé consiste à projeter simultanément sur le moule les fibres de verre coupées généralement à 30 mm de longueur et la résine nécessaire à leur imprégnation. Après projection sur le moule, un travail manuel de roulage et de débullage est nécessaire pour bien plaquer ou compacter le mélange verre-résine sur le moule et éliminer au maximum les bulles générées par le système de projection
  • 5. 1.2 Procédés pour moyennes séries 1.2.1 Moulage sous vide Le principe du moulage sous vide consiste à utiliser le vide pour permettre l’imprégnation progressive du renfort par la résine entre un moule (matrice) et un contre-moule (poinçon). Le vide va provoquer sur les parois du moule les phénomènes suivants : — dans le cas d’un vide poussé, la pression sera voisine de la pression atmosphérique ; — dans le cas d’un vide partiel, la pression sera équivalente à la différence des pressions existant entre l’extérieur et l’intérieur du moule. Il existe plusieurs variantes du procédé de moulage sous vide qui se distinguent essentiellement par différentes conceptions des moules, principalement au niveau du poinçon, et par diverses techniques pour l’alimentation de la résine.
  • 6. Moulage sous vide ou par dépression Moulage par injection sous vide
  • 7. 1.2.1.1 Mode opératoire Les principales étapes du procédé sont : — le nettoyage et le traitement du moule par un agent de démoulage ; — la mise en place d’un gel coat si la pièce le nécessite ; — la dépose des renforts et de la résine ; — la mise sous vide et le maintien de celui-ci jusqu’au durcissement de la pièce ; — le démoulage et le détourage aux dimensions exactes de la pièce.
  • 8. 1.2.1.2 Avantages Ils sont de deux ordres : — possibilité d’obtenir des pièces avec deux faces lisses en petite ou moyenne série avec des investissements relativement faibles ; — diminution des coûts de main-d’oeuvre pour les techniques 1.2.1.3 Inconvénients L’inconvénient majeur des procédés de moulage sous vide réside dans la difficulté de la maîtrise technique des pièces à réaliser, ce qui entraîne : — des variations plus ou moins importantes des épaisseurs, et donc des variations de masse de la pièce ; — des fluctuations dans les proportions renfort/résine ; — des risques de pièces incomplètes ; — des risques de bulles induisant des défauts d’aspect et de caractéristiques mécaniques ; — des risques de rebuts importants avec leur incidence économique.
  • 9. 1.2.1.4 Applications Les principales pièces réalisées sont : — des panneaux sandwiches pour camions isothermes, pour shelters (cellules servant d’abris fixes ou mobiles), etc. ; — des capots de machines ; — des bornes de distribution d’eau ; — des armoires électriques.
  • 10. 1.2.2 Moulage par injection basse pression de résine liquide Ce procédé consiste à remplir l’empreinte d’un moule, rigide et fermé, par injection d’une résine en un ou plusieurs points selon l’importance de la pièce. Les renforts sont préalablement disposés à l’intérieur du moule avant sa fermeture et son verrouillage. ce procédé est appelé RTM (Resin Transfer Molding).
  • 11. 1.2.3 Moulage par compression basse pression Ce procédé, appelé plus généralement moulage à la presse basse pression, connu autrefois sous le nom de moulage à la presse à froid, repose sur le principe d’un demi-moule fixe dans lequel sont déposés les matériaux de moule, et d’un second demi-moule en mouvement, qui vient comprimer ces matériaux pour remplir l’empreinte et former la pièce. Les renforts utilisés sont du même type que l’injection basse pression.
  • 12. Figure – Moulage par injection de résine : organisation du carrousel
  • 13. 1.2.3.1 Matériel • Moules En règle générale, il faut respecter les principes suivants. — Dépouille : les moules en matières plastiques et les résines liquides ne permettant pas l’utilisation de moules en plusieurs éléments. Pour faciliter le démoulage, il est conseillé de prévoir des angles de dépouille de 5 à 7°. — Arêtes : impossibilité de mouler des pièces avec des arêtes vives, prévoir un rayon de courbure minimal de 5 mm. — Épaisseur : l’épaisseur minimale devra être de 2 mm. — Variation de section (du type bossage ou nervure pleine) : c’est pratiquement impossible du fait des difficultés de mise en place des renforts à ces endroits. — Évidements et trous de moulage : facilement réalisables avec la préforme, mais peu recommandés dans les autres cas.
  • 14. • Autre matériel Outre les moules, le matériel spécifique à ce procédé de mise en oeuvre comprend : — une cuve de préparation de la formulation choisie pour la résine avec mélangeur dynamique (turbine par exemple) ; — une presse hydraulique à vitesse réglable avec colonnes ou coulisseaux de guidage.
  • 15. 1.2.3.2 Mode opératoire Les étapes de la fabrication sont : — le nettoyage et le traitement du moule par un agent de démoulage ; dans le cas de moules chauffés, on utilisera de préférence des agents démoulants internes ; — la dépose des renforts et de la résine en vrac ; — la fermeture de la presse ; — la polymérisation ; — l’ouverture-démoulage ; — le détourage de la pièce à ses dimensions exactes ou l’ébarbage.
  • 16. 1.2.3.3 Avantages à savoir : — au niveau technique : réalisation de pièces avec deux faces lisses et de faibles variations d’épaisseur ; — au niveau économique : ce procédé diminue le coût de la main-d’oeuvre de telle façon qu’il peut être rentable à partir de 1 500 à 2 000 pièces/an malgré l’investissement du moule (5 à 10 fois supérieur à celui d’un moule pour procédé de moulage au contact).
  • 17. 1.2.3.4 Inconvénients Les deux inconvénients majeurs sont identiques à ceux de l’injection : ébarbage important dans le cas de l’utilisation de renforts non préformés et impossibilité de réaliser des variations d’épaisseur importantes de type bossage, nervures, etc. Un autre inconvénient du moulage à la presse basse pression est son manque de souplesse pour les séries inférieures à 3 000 pièces/ans comparativement à l’injection de résine liquide qui permet d’introduire à tout moment plusieurs types de moules sur une même ligne de fabrication. 1.2.3.5 Applications Les principales pièces réalisées en moulage à la presse basse pression sont : des coffrets électriques, des fonds de cuves, des pièces de capotage pour matériel agricole, des panneaux de signalisation, etc
  • 18. 1.3 Procédés pour grandes séries 1.3.1 Semi-produits Le premier procédé consiste à projeter sur un moule (le poinçon généralement) des fils coupés et du liant. Le moule, appelé écran de préforme, est constitué d’une tôle perforée d’une multitude de trous derrière laquelle on effectue une forte aspiration permettant ainsi aux fils d’épouser la forme du moule. Lorsque la quantité de renfort voulue est déposée, l’ensemble est mis immédiatement en étuve pour faire durcir le liant qui conférera à la préforme la rigidité nécessaire à sa manipulation et à la conservation de la forme. Après durcissement, la préforme est découpée aux dimensions exactes de la pièce, puis stockée en attente du moulage. Cette technique ne permet d’obtenir que des préformes à base de fils coupés (figure 8).
  • 19. Le second procédé exploite les caractéristiques spécifiques des mats à fils continus qui, grâce à leur structure à base de fils bouclés, peuvent être étirés localement sans déchirure. Le principe consiste à chauffer les flans de mats, préalablement tendus sur un cadre, à une température supérieure à celle de fusion du liant thermoplastique puis à les mettre en forme par emboutissage dans un moule froid. Le refroidissement redonne au liant son état initial et maintien ainsi la préforme. Celle-ci est ensuite découpée à la dimension exacte de la pièce.
  • 20. 1.3.2 Compression à chaud de résine liquide Ce procédé, appelé moulage à la presse à chaud par voie humide, pour le distinguer du moulage à la presse à chaud de compound [SMC et prémix (§ 1.3.3)] que l’on appelle voie sèche, consiste à déposer le renfort dans un moule chauffé ouvert, puis à verser la résine en vrac. Lors de la fermeture du moule, par l’action d’une presse hydraulique, les produits sont comprimés, la résine flue à travers le renfort tout en l’imprégnant et vient remplir l’empreinte du moule. Le temps de fermeture correspond au temps de polymérisation de la pièce.
  • 21. 1.3.3 Compression à chaud de mat préimprégné ou de prémix Ce procédé, appelé également moulage à la presse à chaud par voie sèche, utilise le même principe que le moulage à la presse à chaud de résine liquide. Il se différencie essentiellement par l’utilisation de semiproduits qui, par leur conception et leur présentation, vont permettre des cadences de moulage plus élevées et surtout l’obtention de pièces beaucoup plus complexes. Les semi-produits utilisés dans ce procédé sont principalement le SMC (§ 1.3.1.2) et occasionnellement les prémix (§ 1.3.1.3) Contrairement au procédé par voie humide où seule la résine flue à travers le renfort, dans le procédé par voie sèche, c’est l’ensemble du matériau (SMC ou prémix) qui se déplace dans le moule (figure 10).
  • 22. 1.3.4 Injection de prémix Le procédé consiste à injecter les semi-produits du type prémix (BMC, DMC, etc.) sous forte pression et à grande vitesse dans un moule fermé. Cette technique est l’aboutissement de la recherche de l’augmentation des cadences de moulage par la suppression de toute opération qui vient augmenter le temps de cycle, telle que le chargement en moule ouvert, et par le souci d’une automatisation maximale permettant de satisfaire aux exigences économiques de la très grande série (> 100 000 pièces/an). Cela implique donc des mouvements d’ouverture et de fermeture rapides, des temps de remplissage et de cycles de polymérisation très courts, ce qui nécessite des pressions et des températures de mise en œuvre encore plus élevées que celles pratiquées en compression par voie sèche.