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Auteur(s)
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Patrick BINSE : Responsable de productionPaturle Composites
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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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Pultrusion des composites à matrice thermoplastiqueArticle inclus dans l'offre
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2. Techniques de fabrication des composites à matrice thermodurcissable
2.1 Pultrusion standard
La pultrusion la plus courante permet de fabriquer des profilés de section constante hautement renforcés dans le sens longitudinal. Pour ce faire, les fibres de renfort (jusqu’à 60 % en volume) sont tirées à travers un bain d’imprégnation puis dans une filière chauffée, de manière à initier la réaction de réticulation (ou polymérisation). À la sortie de la filière, le profilé solide est refroidi suffisamment de façon à pouvoir être pincé dans la tireuse sans risque de déformation. La vitesse de tirage varie de façon importante en fonction de la matrice utilisée (réactivité), des taux de renfort et de charge, de la section et de la complexité du profilé.
On peut donner à titre d’exemple les cadences suivantes :
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10 m/min pour un jonc de 2,5 mm de diamètre, en composite verre/polyester de haute réactivité, avec 55 % de renfort longitudinal ;
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0,6 m/min pour un profilé plat de section 20 mm × 50 mm en composite verre/polyester de haute réactivité, avec 55 % de renfort longitudinal ;
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0,2 m/min pour un profilé plat de section 20 mm × 50 mm, en composite carbone/époxy, avec 70 % de renfort longitudinal.
2.2 Techniques complémentaires
Les techniques complémentaires (figure 2) ont pour but principal l’obtention d’un composite de propriétés supérieures à celles du profilé pultrudé standard. Ces améliorations portent soit sur le renforcement non axial, soit sur l’aspect et la tenue aux agressions chimiques. Plusieurs techniques sont envisageables. Elles sont brièvement décrites ci-après.
HAUT DE PAGE
L’extrusion en ligne devient très utilisée pour améliorer le comportement du profilé aux agressions chimiques, et pour transformer l’aspect visuel ou le toucher. Dans le premier cas, la matière extrudée se comportera comme un revêtement...
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Techniques de fabrication des composites à matrice thermodurcissable
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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 de chauffe (de 4 à...
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