Mise en œuvre des composites - Méthodes et matériels

Les méthodes de mise en œuvre spécifiques aux matières plastiques renforcées ont contribué à l’évolution des termes utilisés pour désigner ces matériaux depuis leur origine, c’est-à-dire depuis une cinquantaine d’années.

Le terme stratifiés a été longtemps employé pour rappeler la constitution même du matériau : des « strates », ou couches successives de fibres de verre ou d’autres produits en feuilles (papiers, tissus de coton, etc.) et de résine thermodurcissable.

Puis l’appellation stratifiés basse pression a été préférée pour distinguer les procédés d’obtention de ces matériaux de ceux utilisés pour les stratifiés haute pression. En effet, ces stratifiés basse pression étaient obtenus par moulage sans pression (moulage manuel ou par enroulement) ou par moulage à très faibles pressions (quelques mégapascals) entre moule et contre-moule.

Le renfort de verre utilisé était alors essentiellement présenté sous forme de feutre (mat), de tissu, ou sous forme de mèches (stratifil ou roving).

L’évolution des besoins a peu à peu nécessité l’utilisation d’autres méthodes mettant en œuvre d’autres matrices, de nouvelles présentations de la fibre de verre ainsi que d’autres fibres ou des hybrides.

Les tonnages les plus importants sont encore obtenus avec le couple verre/UP (polyester insaturé). On signalera cependant dans quelle mesure les techniques présentées sont applicables ou appliquées aux autres matrices ou aux autres renforts.

Aujourd’hui, les plastiques renforcés ou composites ont atteint l’âge adulte et peuvent être obtenus par de nombreux procédés de mise en œuvre ici décrits. Ces procédés nécessitent l’emploi de certaines matrices polymériques et de différentes présentations de renforts qui seront précisées au fur et à mesure ; mais, d’une manière générale, les plastiques renforcés sont toujours constitués de deux matériaux principaux : le renfort et la matrice, auxquels sont associés différents adjuvants.

Le renfort est constitué d’un matériau fibreux. Il s’agit le plus souvent de fibres de verre, mais aussi de fibres de carbone, de fibres d’aramide, de silice, de bore, etc. Il se présente sous la forme de mats (feutres constitués de fils coupés ou de fibres longues), de tissus, de rovings (mèches), de fils coupés.

La matrice est soit une résine thermodurcissable (polyester insaturé, résine époxyde, ou formophénolique, polyimide, polyuréthanne, etc.), soit une résine thermoplastique (polyamide, polycarbonate, polyester saturé, polypropylène, etc.).

Les adjuvants sont des produits nécessaires à la réticulation ou à la polymérisation des résines (accélérateurs, catalyseurs, etc.) ou bien à l’obtention de caractéristiques spécifiques (comportement au feu, résistance au vieillissement, coloration, etc).

On utilise aussi des charges (carbonate de calcium, talc, etc.) pour des raisons économiques ou, dans certains cas, pour faciliter la mise en œuvre.

La vaste gamme de méthodes de mise en œuvre utilisables pour la fabrication de pièces en plastiques renforcés permet de répondre aux différents critères exigés pour la réalisation envisagée : forme, dimension, caractéristiques mécaniques, aspect, série, cadence, etc.

Associés à chacune de ces méthodes, les matériaux utilisés (renfort, matrice et adjuvants) seront choisis pour que la pièce à fabriquer réponde aux sollicitations exigées : caractéristiques mécaniques, comportement au feu, résistance à la corrosion, tenue aux rayons ultraviolets, etc.

Les méthodes de mise en œuvre des matières plastiques renforcées thermodurcissables se classent généralement en fonction :

• des séries à réaliser :

  • petites (moins de 1 000 pièces/an),

  • moyennes (1 000 à 15 000 pièces/an),

  • grandes (au-delà de 15 000 pièces/an) ;

• des dimensions :

  • très petites (surface développée de quelques cm ²),

  • petites (surface développée inférieure à 1 m ²),

  • moyennes (surface développée de 1 à 5 m ²),

  • grandes (surface développé supérieure à 5 m ²).

Néanmoins, deux catégories de procédés se réfèrent aux formes des pièces à réaliser ; ce sont les procédés pour la réalisation de corps creux (tubes et citernes) et les procédés en continu qui permettent la réalisation de pièces à section constante (profilés).

Les méthodes de mise en œuvre des matières thermoplastiques renforcées se classent, elles, en deux catégories : l’injection qui est le procédé le plus utilisé, et l’emboutissage ou l’estampage de plaques qui sont des procédés plus récents ; les mèches imprégnées sont également utilisables directement.