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Auteur(s)
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Patrick BINSE : Responsable de productionPaturle Composites
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le vocable pultrusion est une contraction des termes anglo-saxons pull (tirer) et extrusion. La pultrusion est un procédé industriel modulable de fabrication de matériaux composites à matrice organique (thermoplastique ou thermodurcissable), qui permet l’obtention en continu de profilés de section géométrique constante.
La pultrusion est apparue industriellement en 1948. La croissance de ce procédé a été très limitée pendant de nombreuses années à cause des faibles performances à la fois des matrices thermodurcissables et des machines. Sous l’impulsion des États-Unis, la pultrusion a connu ensuite un essor constant depuis une vingtaine d’années grâce à l’extrême variété des combinaisons réalisables (fibres de renfort, matrices, géométrie).
Procédé continu, la pultrusion peut être comparée à l’extrusion des thermoplastiques ou de l’aluminium (filage).
Les principaux avantages des produits pultrudés sont :
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leur légèreté (70 % du poids d’un profilé en aluminium de propriétés équivalentes) ;
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leurs propriétés mécaniques bien meilleures que celles des profilés thermoplastiques non renforcés ;
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par rapport aux profilés en aluminium, leurs propriétés supérieures :
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de résistance chimique,
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de résistance thermique (stabilité dimensionnelle, isolation),
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d’isolation électrique ;
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la possibilité d’adapter le couple fibre-matrice aux contraintes du cahier des charges ;
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les possibilités de renforts locaux et de coloration par pigments.
Les principaux inconvénients restent :
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le coût encore élevé des profilés, malgré une consommation d’énergie plus faible et une filière moins coûteuse que pour l’extrusion de l’aluminium ;
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la complexité des calculs de structures ;
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la longueur de la mise au point et des réglages pour des profilés complexes ;
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la nécessité d’une main-d’œuvre qualifiée ;
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la conception délicate des outillages.
Comme exemples de produits pultrudés, citons :
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en génie électrique : chemins de câble, isolateurs pour transformateur, perches isolantes, échelles ;
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parmi les applications anticorrosion : conduites pour fluides, garde-corps, échelles, boulonnerie ;
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en sports et loisirs : cannes de hockey, bâtons de ski, cannes de golf, flèches, lattes de voile ou de cerf-volant ;
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dans le bâtiment : boulons d’ancrage, panneaux de façade, câbles de traction, poutres, signalisations, fenêtres, bancs de stade ;
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dans les transports : assemblages de panneaux isolants.
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4. Description des constituants
4.1 Renforts pour matrices thermodurcissables
On aura intérêt à choisir les renforts les moins chers. Toutefois, la possibilité de réaliser des profilés complexes impose l’utilisation de toutes formes d’architecture textile, même les plus sophistiquées.
De nombreux renforts sont disponibles pour l’élaboration des matériaux composites. Ils se présentent sous différentes formes et se caractérisent par la contexture (tissus, fibres coupées, matelas de fibres longues ou de tissus aiguilletés), le grammage (en g / m2), le type de textiles (tricot, tissu, tresse, aiguilleté, complexe...), l’armure, etc.
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Dès que l’on peut le faire, pour réduire le coût, il faut amener les fils directement à partir des cantres. Ces fils sont des rovings directs pour le renforcement mécanique ou bien des fils texturés (spun roving, bulky, voluminizato...), qui assurent le renforcement mécanique (plus faible d’environ deux tiers avec les fils texturés qu’avec les rovings directs) et l’occupation de l’espace à l’intérieur du profilé.
Nota :ROVING DIRECT : ensemble de filaments continus obtenus directement en sortie de four.
SPUN ROVING : fil à « bouclettes » permettant l’accrochage tridimensionnel.
BULKY : fibre continue texturée.
VOLUMINIZATO : fibre discontinue texturée.
Les fils texturés permettent également un renforcement dans les trois directions, ce que ne peut pas apporter un roving. On les utilisera donc dès que la cohésion du profilé est menacée par des effets combinés de délaminage.
Les fibres (verre, carbone, aramide...), constituées d’un assemblage de filaments continus, sont donc principalement utilisées pour le renforcement longitudinal du profilé, avec des taux de renfort élevés dans les cas du roving (62 % en volume).
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Quand les contraintes mécaniques ne sont pas très élevées, on utilisera des mats (ensemble de fibres coupées, liées entre elles par un liant chimique).
Pour pouvoir tirer sur ce type de renfort, on utilise des mats à liant fortement cohésif (liant en émulsion), de préférence aux mats à liant en poudre.
Ces mats se divisent en deux qualités principales :
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les mats à fibres longues (type Unifilo...),...
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Description des constituants
ANNEXES
1 Données statistiques et économiques
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Équipement et outillage
En 2002, le coût d'une ligne de production de pultrusion était de l'ordre de 150 à 450 ke. Ce prix inclut le cantre, et les systèmes de régulation de température, de traction et de découpe. La plupart des machines sont équipées de régulateurs électroniques et de systèmes d'acquisition de données performants. Les principales caractéristiques de ces machines sont :
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enveloppe du profilé (de 5 × 5 cm à 250 × 40 cm) ;
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force de traction (de 0,5 t à 50 t) ;
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Vitesse de traction (jusqu'à 300 cm/min) ;
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nombre de zones...
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