Article de référence | Réf : AM3715 v1

Intérêt
Moulage des thermodurcissables par le procédé RIM

Auteur(s) : Simon CHOUMER, Chantal NIVERT

Date de publication : 10 janv. 2004

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RÉSUMÉ

Les polyuréthannes sont obtenus par réaction chimique, de façon plus ou moins rapide en fonction des matériaux de base et des quantités de catalyseur utilisées. Le procédé RIM utilise une tête de mélange permettant l'injection dans un moule simultanément avec la réaction chimique. Cet article décrit le procédé RIM, les équipements utilisés, à savoir la machine, le moule et la presse porte-moule. Puis il conclut par les performances de ce procédé, comparées à d'autres méthodes concurrentes. 

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Auteur(s)

  • Simon CHOUMER : Docteur-ingénieur en génie chimique - Directeur du département Pièces de Carrosserie, société Hutchinson

  • Chantal NIVERT : Ingénieur de l’École supérieure de chimie organique et minérale (ESCOM), docteur en sciences - Directeur d’établissement, département Pièces de Carrosserie, société Hutchinson

INTRODUCTION

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 utilisées.

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.

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. Le procédé prend alors la dénomination de S-RIM (« structural RIM »).

Les polyuréthannes sont les polymères les plus utilisés industriellement dans le procédé RIM. On assiste depuis le début des années 2000 au remplacement progressif des polyuréthannes 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 pour l’avenir. 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 le polydicyclopentadiène, 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. L’utilisation de renforts et charges est étudiée plus spécifiquement dans l’article « Moulage des composites par procédés R-RIM et S-RIM » .

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 du procédé RIM comparé à d’autres méthodes concurrentes.

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

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3715


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5. Intérêt

Sans compter les performances des polyuréthannes (premiers polymères transformés par le procédé RIM pour la fabrication de pare-chocs automobiles, les seuls capables de satisfaire au cahier des charges américain des années 1970), le procédé RIM présente de nombreux avantages par rapport aux deux autres méthodes de fabrication concurrentes :

  • l’injection des matières thermoplastiques ;

  • la compression des matières thermodurcissables.

  • Le procédé RIM permet d’obtenir des pièces de grandes dimensions sur des presses à force de fermeture faible.

    En effet, la force de fermeture requise pour les presses supportant les moules est, pour un pare-chocs en polyuréthanne, de l’ordre de 100 à 200 tf (1 à 2 MN) alors que, pour l’injection du polypropylène, il faudrait envisager l’installation de presses de 2 000 à 2 500 tf (20 à 25 MN).

    Cette grande différence provient du fait que l’on utilise en RIM des produits de base liquides qui développent dans le moule, lors de la polycondensation, des pressions de l’ordre de quelques bars à quelques dizaines de bars seulement.

    De plus, contrairement aux thermoplastiques qui sont totalement polymérisés chez le fournisseur de matière première, puis qui sont granulés, les produits liquides transformés par le procédé RIM sont polycondensés et mis en forme dans le moule.

    Il est donc évident qu’une économie d’énergie importante est réalisée par rapport à l’injection des thermoplastiques, puisque l’on évite une étape de granulation et de ramollissement du polymère.

  • Les investissements du procédé RIM sont faibles.

    Comme nous l’avons signalé précédemment, les forces de fermeture des presses pour réaliser des pièces par le procédé RIM sont environ 10 fois inférieures aux forces de fermeture requises pour l’injection de thermoplastiques. Cela suppose évidemment des systèmes hydrauliques de coût nettement plus faible pour le procédé RIM et un coût énergétique d’exploitation en conséquence.

    De plus, il est possible d’utiliser une seule machine à injecter pour alimenter deux moules placés sur deux presses distinctes, ce qui n’est absolument pas envisageable en injection des thermoplastiques.

    ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - TOUHSAENT (R.E.), THOMAS (D.A.), SPEILING (L.H.) -   *  -  J. Polymer Science, 46, p. 175 (1974).

  • (2) - KLEMPNER (D.) -   *  -  Angew. Chem. Int. Ed. Enge, 17, p. 97-106 (1978).

  • (3) - CHOUMER (S.) -   *  -  Conférences à la SIA (Sté des ingénieurs de l'automobile), le 21 mars 1990, et au SITEV (Salon industriel des techniques et des équipements de véhicules) à Genève, le 16 mai 1990, parues dans le Journal de l'Automobile.

  • (4) - WOOD (G.) -   The ICI Polyurethannes Book.  -  Wiley Ed. (1987).

  • (5) -   Polyesters insaturés.  -  Norsolor, Techno-Nathan (1988).

  • (6) -   World Automotive Committee.  -  Bayer, Mobay, SBU, Bayer Éd., mai 1987.

  • ...

1 À lire également dans nos bases

MAROTEL (Y.) - Polyuréthannes. - [AM 3 425] Traité Plastiques et Composites (2000).

BARDONNET (P.) - Résines époxydes. - [A 3 465] Traité Plastiques et Composites (1992).

CHOUMER (S.) - NIVERT (C.) - Moulage des composites par procédés...

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