LA PULTRUSION
Procédé « continu » (un des rares parmi les différents modes de transformation existants pour les composites), la pultrusion est une technologie permettant la production linéaire de profilés composites de section constante. Contraction du verbe « to pull » (tirer) et d’extrusion, ce procédé, apparu après la Seconde Guerre mondiale, concurrence, voire complète, les technologies de filage de l’aluminium, d’extrusion des résines thermoplastiques, de profilage des métaux et aussi celui du bois.
Si la pultrusion ne représente que 2 à 3% du marché mondial des composites, soit 200 à 300 000 tonnes de matières transformées par an, elle est certainement, aujourd’hui, l’une des technologies de production les plus prometteuses en termes de développement.
La pultrusion permet des combinaisons quasi infinies de couples renforts / matrices laissant libre cours à l’imagination des concepteurs et conférant aux produits finis des propriétés extrêmement variées. Les profils pultrudés peuvent atteindre des taux de renfort de l’ordre de 70% en masse, avec des orientations extrêmement bien maîtrisées. De telles structures garantissent aux profilés d’excellentes caractéristiques mécaniques et une longévité hors normes. Le degré d’automatisation du procédé de transformation offre la possibilité, avec le savoir-faire nécessaire, de créer aisément des géométries, mêmes complexes, à coûts réduits. Pour fabriquer un profilé pultrudé, il faut tout d’abord imprégner de résine les renforts (rowing, mât, tissus de verre, fibre de carbone, kevlar, basalte ou autre), puis les imprégner avec une matrice polymère (résine, charges minérales, pigments, additifs).
L’opération suivante consiste à les passer à travers une station de préformage qui configure la stratification nécessaire pour donner au profilé les propriétés voulues. À partir des préformés, les renforts imprégnés de résine passent à travers un moule réchauffé où la résine polymérise. La polymérisation désigne le procédé par lequel des petites molécules s’unissent pour former des masses molaires plus élevées et agencées en motifs de répétitions identiques. C’est cette étape qui fige les éléments en un nouveau matériau dit alors composite.
À la suite de cette étape se trouve un mécanisme de traction qui doit être distancé correctement pour permettre au produit de finaliser sa consolidation en sortie de moule et éviter des ruptures ou des déformations lors de la préhension de la machine. Ce mécanisme de traction peut se composer d’un système chenillé ou de deux chariots alternés afin d’assurer une traction continue sur le profilé.
Le profilé solide obtenu est ainsi prêt à être automatiquement coupé sur mesure. En tant que processus de production continu, la pulsion est particulièrement adaptée technologiquement et économiquement aux productions à grande échelle ou en série.
LE PULLWINDING
Ce procédé est adapté pour produire des profilés cylindriques et à section tubulaire. D’une manière générale, ce processus de mise en oeuvre est utilisé pour fabriquer des pièces ayant une symétrie de révolution : tuyaux, tubes, réservoirs, bouteilles de gaz, cylindriques, etc…
Pour fabriquer un profilé pullwindé, il faut enrouler des fibres imprégnées de résine catalysée autour d’un mandrin cylindrique en rotation, jouant le rôle d’un moule intérieur. Les fibres de verre sont disposées longitudinalement ou sur la circonférence selon l’axe du profilé dans le pullwinding. Les différents types d’enroulement génèrent des stratifications différentes. On distingue 3 types d’enroulement : le circonférentiel, l’hélicoïdal et le polaire.
Le premier enroulement, dit circonférentiel, se fait à 90° par rapport à l’axe du mandrin et confère une résistance tangentielle élevée au détriment de la résistance longitudinale. L’enroulement hélicoïdal corrige cet inconvénient en permettant d’équilibrer ces résistances. La direction d’enroulement est inclinée par rapport au mandrin de l’angle choisi par le mouvement relatif du guide fils, par rapport à l’axe de rotation du mandrin.
L’enroulement polaire reprend le même principe mais il est destiné à fabriquer des pièces aux extrémités sphériques sans discontinuité d’enroulement. Il nécessite des mandrins spécifiques permettant 3 degrés de liberté en rotation. L’usage correspond généralement à la fabrication de réservoirs haute pression ou aux équipements spatiaux.
LE MOULAGE BASSE PRESSION
Il s’agit d’un procédé artisanal reposant sur une chimie fine et présentant une importante valeur ajoutée dans le savoir-faire des équipes de production. La fabrication d’une pièce en moulage basse pression repose sur trois outils indispensables : une presse à compression, un moule et un contre-moule rigide.
En tout premier lieu, le moule et le contre-moule sont enduits d’agents de démoulage et de gel-coat afin de préparer l’opération finale de démoulage. Ensuite, les opérateurs agencent le renfort sur le moule selon les caractéristiques attendues, avant de verser de la résine sur celui-ci. Les moules et contre-moule sont ensuite ajustés et mis sous une presse à compression, avec une pression inférieure à 5 bars et ne nécessitant pas de chauffage. L’énergie calorifique accumulée par le moulage de la pièce et sa polymérisation suffisent.
Le moulage basse pression est un procédé qui offre d’infinies possibilités de géométries comme de dimensions, afin de conférer aux pièces, des propriétés mécaniques sur mesure. Cette technique est très économique en matière d’investissement en outillages et bien adaptée aux pièces à géométrie complexe ou de superficie importante.
LE MOULAGE HAUTE PRESSION
Les cadences de production sont nettement plus élevées et le montant des investissements en outillage l’est en proportion, contrairement au procédé basse pression. Cette technologie est réservée aux productions de grandes séries et nécessite des presses hydrauliques ainsi que des moules métalliques chauffants.
Le fonctionnement est sensiblement le même que pour le procédé basse pression pour les phases de préparation du moule et de la disposition des renforts. Le procédé diffère à partir de l’ajout de la résine. Ici, la résine catalysée est coulée en vrac sur le renfort et sa répartition uniforme sera assurée par des cycles déterminés de descente et pressage du contre-moule par la presse hydraulique. Le temps et les rythmes de pressage seront liés au temps de polymérisation de la résine, lui-même lié à l’épaisseur et à la réactivité de la préparation.