Article de référence | Réf : AM3715 v1

Mise en œuvre
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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4. Mise en œuvre

4.1 Cycle de moulage

Le cycle de moulage standard d’une pièce transformée par le procédé RIM peut être décrit de la façon suivante :

  • ouverture de la presse ;

  • démoulage de la pièce précédente après mouvement des pièces mobiles de l’outillage s’il y a lieu ;

  • nettoyage succinct du moule pour retirer les bavures éventuelles au niveau des plans de joint ;

  • application de l’agent de démoulage externe dans le cas où des matériaux non autodémoulants sont utilisés ;

  • déplacement des pièces mobiles du moule pour que ce dernier puisse être fermé ;

  • fermeture de la presse après basculement des plateaux en position horizontale ;

  • rapide recirculation des constituants ;

  • appel de l’injection des constituants ;

  • maintien de la fermeture de la presse pendant le temps de polycondensation du polymère.

Ces opérations ne sont pas obligatoirement réalisées les unes après les autres, mais peuvent, dans certains cas, être simultanées pour diminuer le temps de cycle de production.

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4.2 Conditions opératoires

Elles sont variables en fonction des polymères utilisés et également de la forme des pièces injectées. Les paramètres les plus importants à optimiser pour réaliser les pièces dans les meilleures conditions et avec la qualité souhaitée sont les suivants.

  • Les températures des constituants, non seulement au niveau des cuves de stockage, mais encore dans le circuit de la machine, doivent être maintenues aussi stables que possible, ce qui conduit à introduire de petites quantités de matière dans les cuves des machines pour ne pas procéder à un remplissage brutal.

  • Les pressions des composants au moment de l’injection doivent être stables car, dans la tête de mélange, la nébulisation par dépressurisation brutale dépend des pressions du circuit de la machine.

  • La force de fermeture de la presse doit être suffisante ...

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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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