Matériaux composites : procédés RTM et infusion

Résumé du document

Suite aux dernières modifications de la réglementation sur les émissions de COV (Composés Organiques Volatils) (directive communautaire 1999/13/CE, arrêté du 29/05/00) et en prévision de la nouvelle réglementation sur le styrène (horizon 2007/2010), de nombreuses adaptations du procédé de projection ont été réalisées. Les résines à faible émission de styrène (aussi nommés -LSE-) ou celles à faible teneur en styrène (aussi appelé -LSC-) sont concernées, ainsi que certaines méthodes comme l'utilisation de buses à jet convergeant, de système de captation et de traitement qui ont du être améliorés. Ce qui a incité les industriels à mettre en place un nouveau système permettant une forte réduction des émissions de styrène à travers la mise en place de procédés « moule fermés ».

L'injection RTM (Resin Transfer Moulding) est un système de moulage à pression où la résine, mélangée au catalyseur est injectée dans un moule fermé contenant un renfort compacté ou préformé. Une large gamme de résines peut être utilisée, combinées avec des pigments et des charges. Le renfort peut être soit à base de verre, carbone, aramide ou un hybride de ces derniers. A ne pas confondre avec le procédé RIM (Reaction Injection Molding) où la résine réagit durant le processus. Lorsque la résine est polymérisée, le moule peut être ouvert et le composite retiré. A noter qu'il existe plusieurs variantes de ce procédé, comme le HS-RTM (High Speed Resin Transfer Moulding) qui possède des temps de cycle beaucoup plus rapide que le RTM dit « light » ou « éco » (de l'ordre de 2 min). Dans ce procédé, la fermeture du moule est assistée par le vide et la coulée de la résine est facilitée par une aspiration. Les faibles pressions requises par cette technologie autorisent l'utilisation d'un contre moule léger. Cette technologie permet de travailler avec de plus faibles pressions et de réduire les pertes de charge lors de l'écoulement de la résine à travers le renfort (méthode aussi utilisé avec le RTM assisté par le vide). Nous parlerons par la suite du procédé classique dit RTM « pure » technique qui s'opère avec des pressions importantes dans le moule.

Le procédé est simplement l'injection sous vide d'une résine basse viscosité dans un stratifié. Les couches de renforts sont appliquées à sec dans un moule, lequel est ensuite mis sous vide. Le vide permet de compacter le stratifié et de vérifier qu'il n'y a aucune fuite d'air. La résine pré-mixée est ensuite introduite et migre à travers le stratifié jusqu'à ce que la pièce soit totalement imprégnée. Il existe différentes variations, principalement dans la façon d'imprégner le stratifié (filet, tubes, installation centrale ou périphérique, etc).

Extraits

[...] Ils influent sur le comportement de la pièce moulée. La disposition des tuyaux pour distribuer la résine et pour faire le vide, le choix du grillage d'infusion et le choix du type d'âme sont propres à l'infusion. Tous ces paramètres doivent être choisis et maitrisé pour obtenir une pièce fonctionnelle et qui répond aux caractéristiques fixées. SYNTHESE Avantages de l'infusion Pièce complexe de grande dimension à prix abordable Procédé fiable et constant Taux de fibres relativement élevé (fraction volumique Meilleur procédé pour fabriquer des structures sandwichs Très bonnes propriétés mécaniques Limite les émissions de substances nocives Santé et sécurité pour le personnel Le retrait n'est pas problématique Bel aspect de surface et contrôle dimension Désavantage de l'infusion Maîtrise du procédé indispensable (ex.: disposition des tuyaux distributeurs) Un seul côté avec un beau fini de surface Beaucoup de rebuts Faible cadence de production (max. [...]

[...] Le mélange résine + charges + adjuvants doit être préparé à l'avance de manière à bien mouiller les charges et à ne pas comporter d'air en émulsion. Ce mélange peut être mis soit dans un circuit fermé où il circule en permanence, soit dans un réservoir agité (de manière à éviter la décantation des charges) où la pompe prélève selon les besoins. Figure 5 : Réactifs Figure 4 : Moule COUTS Les investissements sont évidemment fonction de la nature des pièces. [...]

[...] PRINCIPE Le moulage par infusion est une technique de moulage sous vide. Progressivement, le vide est remplacé par la résine. Il n'y a pas de bulles d'air, ni de tissus non imprégnés et l'excès de résine peut être évacué. Figure 6 : procédé d'infusion Le renfort, le tissu poreux en nylon, le grillage d'infusion et le film de plastique sont placés à l'intérieur du moule (ici en coupe). La résine catalysée est ainsi admise ponctuellement par l'aspiration consécutive du vide à l'aide d'une pompe à vide à faible pression (ordre de la 100 kPa). [...]

[...] Deux exemples de temps de cycle RTM pour une pièce de 1 environ, renforcée de de verre sous forme de mat est fournie sont fournis en annexe Tableau 5. LES RESINES THERMODURCISSABLES Voici les principales résines thermodurcissables utilisées : résines de polyesters insaturés, catalysées et accélérées ; La résine la plus couramment utilisée pour ce procédé car étant l'une des premières à avoir servi pour ce procédé. Elle est aussi la moins chère et elle donne des pièces d'aspect ou de semi-structure. [...]

[...] Pour plus de détails sur les renforts spécifiques cf annexe Tableau 4. CAS D'UTILISATION DE CE PROCEDE ET SES LIMITES Le principal avantage du RTM réside dans la grande diversité des pièces qu'il permet de réaliser. On peut réaliser une pièce de 0,1 comme une pièce de 10 Il suffit de construire le moule et d'adapter la machine d'injection et la formulation de la résine en conséquence. On peut citer comme exemples des pièces moulées en RTM les cadres de vélos, les capots de camions américains, les baies de wagons ferroviaires. [...]