Moulage des composites par procédés R-RIM et S-RIM

Les polymères résultant d’une polycondensation ont fait l’objet d’études nombreuses, mais l’une des découvertes les plus importantes est sans aucun doute la synthèse des polyuréthannes par Otto Bayer en 1937.

Les polyuréthannes, qui résultent de la réaction d’un diisocyanate sur un composé bifonctionnel à hydrogène mobile, peuvent réagir plus ou moins rapidement en fonction des produits de base et des quantités de catalyseurs utilisés.

Ces matériaux ont tout d’abord été mis en œuvre sur des machines qui permettaient le dosage des deux composants introduits séparément dans une tête de mélange munie d’un agitateur. Cela impliquait, au début des années 1950, que les produits passent par le corps des pompes, puis une fois la coulée terminée, que l’opérateur effectue un nettoyage ou un rinçage de la tête de mélange à l’aide d’un solvant.

Aux environs de 1970 sont parues les premières publications décrivant des têtes de mélange dites « haute pression » pour la mise en œuvre de polyuréthannes. Leur principal avantage était la suppression du nettoyage de la tête de mélange après la coulée, d’où leur nom de têtes autonettoyantes.

Les études ont principalement été menées en République fédérale d’Allemagne. Le développement du procédé RIM (« reaction injection molding ») utilisant ce type de tête de mélange a connu un essor industriel important à partir du milieu des années 1970. Comme son nom l’indique, il s’agit d’un procédé d’injection dans un moule en même temps que se produit la réaction chimique.

Tout polymère résultant de la polycondensation d’éléments liquides ou facilement liquéfiables peut être transformé par le procédé RIM qui fait l’objet d’un article spécialisé [A 3 746] dans la rubrique Plasturgie du présent traité.

À ces polymères peuvent être ajoutées des charges renforçantes ou non, de taille compatible avec le procédé que l’on appelle alors R-RIM (« reinforced RIM »), c’est-à-dire des charges pouvant passer par les injecteurs des têtes de mélange.

Il est également possible de renforcer les pièces à l’aide de fibres longues unidirectionnelles tissées ou à distribution aléatoire, en positionnant au préalable ces renforts dans le moule avant l’injection du polymère (S-RIM : « structural RIM »).

Les polyuréthannes sont les polymères les plus utilisés industriellement dans les procédés R-RIM et S-RIM. On assiste à leur remplacement progressif par des polyurées ou d’autres polymères qui devraient permettre au procédé RIM de satisfaire pleinement les besoins des industriels, et plus particulièrement des constructeurs automobiles européens, pour la réalisation de pièces de carrosserie peintes, cela dans le cadre d’une production réellement industrielle et automatisable.

Le rapport qualité/prix de ces nouveaux matériaux pour RIM est prometteur. De larges possibilités sont offertes aux matériaux polymérisables à partir de deux constituants liquides, susceptibles d’être chargés à l’aide de fibres végétales ou minérales.

Outre les polyurées, il faut noter le développement d’autres matériaux tels que les polydicyclopentadiènes, les polyesters ou d’autres à venir.

On peut également envisager l’élaboration de nouveaux polymères par interpénétration simultanée de réseaux ou SIN (« simultaneous interpenetration networks »). Le degré d’interpénétration sera alors fonction de la compatibilité entre les polymères [1] [2].

Ces types de produits sont encore assez peu utilisés dans le cadre du procédé RIM et nous allons nous intéresser plus particulièrement aux grandes familles de polymères transformés industriellement, avec les renforts et les charges associés les plus utilisés.

Ensuite nous décrirons le matériel nécessaire pour mettre en œuvre le procédé RIM :

• machine pour doser et injecter les constituants réactifs ;

• moule qui donne sa forme à la pièce à réaliser ;

• presse porte-moule ;

puis nous préciserons le mode opératoire et les performances des procédés R-RIM et S-RIM comparés à d’autres méthodes concurrentes.

Pour terminer, nous en donnerons les principales applications actuelles et futures.