[Techniques] Ça m’intéresse, composites et polymères

Dans le cadre de fabrication de prototypes, je lance ce sujet afin de partager expériences et déconvenues.

Un matériau composite

est un assemblage d'au moins deux composants non miscibles (mais ayant une forte capacité de pénétration) dont les propriétés se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué, hétérogène, possède des propriétés que les composants seuls ne possèdent pas.

Les polymères

constituent une classe de matériaux. D'un point de vue chimique, un polymère est une macromolécule. Les polymères les plus connus sont : les fibres naturelles : fibres de polyholoside : cellulose : bois, papier, textiles naturels ; sucres lents : amidon, glycogène, et d'autres fibres...
Une matière plastique ou en langage courant un plastique, est un mélange contenant une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.
Le mot « plastique » dérive du latin plasticus, lui-même issu du grec ancien πλαστικός (plastikós, « relatif au modelage »), dérivé du verbe πλάσσειν (plássein, « mouler, former ») dont dérive aussi le mot plasma.

Les matières plastiques

couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.
Les textiles (fils et fibres) ainsi que les élastomères ne sont pas des matières plastiques proprement dites.

Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état « pur », mais mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère.
Structure typique d'une formule : matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de base) + charges + plastifiants + additifs.
Il existe un grand nombre de matières plastiques ; certaines connaissent un grand succès commercial. Les plastiques se présentent sous de nombreuses formes : pièces moulées par injections, tubes, films, fibres, tissus, mastics, revêtements, etc. Ils sont présents dans de nombreux secteurs, même dans les plus avancés de la technologie.

Wikipédia

Très bon sujet! dans l'industrie métallurgique ( acier, aluminium) nous utilisions une bonne quantité de "matières plastiques" pour des applications précises:
- Adhérence (grip) élastomères en revêtement de rouleaux motorisés
- Protection du produit aux scratches, rayures, défauts de surface, bruit: revêtements de rouleaux fous, plaques de glissement, tables de défilement, élastomères, Celoron, Nylon , Teflon ( glissement)
- Isolation électriques ( produits similaires).
- Besoin de déformations dimensionnelles ( fourreaux sur mandrins expansibles): élastomères.
- Résistance aux agents chimiques: acides, soude, huiles...etc: élastomères , PVCC, PVC, PE, PU, bakélite, en revêtement ou massif dans la construction. C'était un peu mon dada lorsque nous avons shifté carrément la construction d'éléments essentiels, traditionnellement en métal revêtu en "plastique" massif, pour des applications en milieu acide chaud, avec produit à grande vitesse et grosse production: machines de revêtement électrolytique à grande vitesse, installations complètes de décapage de tôle.
Nous avons toujours considéré les élastomères comme des plastiques, à tort peut-être, rien de grave.
En gros dans les "plastiques" on trouve les thermo-durcissables: polyesters , époxy, et les thermo-plastiques qui se moulent à chaud et ramollissent à chaud. Il y en a certainement d'autres.
Dan

Beaucoup de visites mais pas de commentaires pour l'instant , c'est bien beau mais on en fait quoi? des pièces, des éléments très variés. Pour certains c'est de la pièce moulée, usinée dans la masse de l'ébauche car ils ne se collent pas, ni ne se soudent pas: Teflon par exemple, la plupart des thermo-plastiques se soudent au chalumeau à air chaud et baguette du même matériau: PVC, PE, certains se collent ( PVC dans des manchons en tuyauterie), certains sont "étranges" ils on une mémoire de forme, formés et chauffés de nouveau, sans contrainte ils reprennent leur forme initiale ( plaque plane par exemple): polycarbonates: Plexi, Macrolon, Perspex..et autres marques de fabrique. Avant d'entreprendre un assemblage de plusieurs éléments il vaut mieux connaître le produit à utiliser, c'est prudent. On peut faire des composites adaptés au besoin , par exemple des tuyauteries pour chimie en PVC mais renforcés par un frettage polyester fibre de verre pour la résistance mécanique et tenue en pression, plein d'applications diverses sont possibles. ( frais  de préférence). Un truc à se rappeler, à la louche la majorité de ces plastiques courants ont une résistance de l'ordre de 10 fois inférieure aux aciers courants et des coef. de dilatation très importants.
Dan

.

Bonjour.
Petits travaux à notre niveau, depuis nous avons amélioré notre technique avec beaucoup moins de pièces qui ont pris la direction poubelle.


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Prise d’air avant, moule en quatre parties, fastidieux mais bon résultat.

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Belles pièces de forme complexe, pas de précision sur les matériaux, on suppose que le verre/polyester est amplement suffisant pour l'usage présenté.
Dan

Apres avoir bien faillit foutre le feu au garage a cause d une pompe a vide ancestral
je chercher une pour aussi des petite pieces comme toi
quelle est ta pompe
est tu satisfait
surtour si elle tourne 3/4 heure
merci pour les infos

Dan je pense être comme beaucoup de visiteurs de ce post : je m'informe, je zieute, je fais semblant d'apprendre mais je n'ai aucune once de con-pétance pour intervenir.
Il fallât que ce fusse dit !

Pareillement!
Il m'est arrivé de travailler un peu le polyester, notamment pour fabriquer ou modifier des habillages de Bimota BB1 (avec réservoir en haut!), mais rien de plus.
Cette petite expérience m'a quand même fasciné. C'est fou ce qu'on peut faire, relativement facilement, avec très peu d'outillage.
Maintenant faire beau, léger, solide, tout ça à la fois, c'est une autre paire de manche.
C'est pourquoi je vais lire ce qui se dit ici avec beaucoup d'intérêt... et poser quelques questions!
Voici la première: quels sont les avantages de mettre les pièces sous vide d'air?

Ce n'est pas le vide d'air qui est rechercher c'est d'abords la dépression, utilisé pour les ailes d'avions RC, pour celle du Cricri en alu collé .

.... de coller au moule, le carbone ne se soumet pas au petits rayons .... donc sous vide

L'emploi d'une dépression sert selon les procédés à faciliter l'imprégnation uniforme des renforts et c'est d'autant plus important s'il est nécessaire de vaincre la gravité (pièces profondes ou à rebords, raison pour laquelle la résine arrive par le bas) ou de lutter contre des chemins préférentiels, c'est elle qui va permettre le déplacement de la résine en infusion où elle sert aussi à "plaquer" les renforts au moule. En infusion comme en RTM, elle permet aussi de réguler la vitesse d'imprégnation par rapport à la vitesse de polymérisation.

... il ne fait pas d'infusion là ...


Pour l'infusion tu as oublié le taux d'imprégnation ... ça fonction première.

Et tu as aussi oublié la verveine

Tout comme moi Crigar , moi c' est sachet , eau chaude et miel , herbes suivant l' envie .

bartau a écrit:

Voici la première: quels sont les avantages de mettre les pièces sous vide d'air?

Ont fait le vide parce que la ou il reste  de l'air il n'y a pas de résine  , et le but est que la pièce  soit faite à 100 %  de fibre totalement imprégné de résine  .

pour faire un parallèle connu , c'est comme en  fonderie , la ou il y a de l'air , ya pas de métal et les soucis qui vont avec

.

En precisant que non seulement il ne doit pas y avoir d air mais cela permet d optimiserle ratio fibre resine ((enfin surtout pour des pieces structurel un peu hightech))
L infuson c est tres drole et plus cool ont a le temps de compacter les tissus comme il faut a sec
ont patouille pas avec la resine
cela dit surtout pour les pieces d habillage de nos brelon du bon mat et du poly donne de bien bon resultat

Ma remarque première n'avait rien de vicelard, juste un appel aux compétences pour notre ami Gilles Nard. Il est clair qu'au niveau amateur, seuls les composites fibre +résine sont exploitables : travail à froid, produits disponibles sur le marché, je me fournissais chez Soloplast ( dans le Sud de mémoire) ou chez mon pote Olivo près de St-Etienne pour la fabrication de carénages, réservoirs , selles, garde -boue il y a quelques années, maintenant l'odeur infâme de ces produits ne me branche plus.
Les jonctions résine poly métaux se font sans gros Pb, sauf qu'avec l'acier on trouve souvent de la vilaine oxydation en milieu humide  (vieilles autos en poly), avec le PVC pas de souci ( collet pour bouchon de réservoir par exemple). Pour la peinture çà va bien aussi sur gel-coat poncé mat et apprêt adapté; sur surfaces en carbone j'ignore, pièces souvent laissées brutes, mais comme il existe des coques de bagnole en carbone, j'imagine qu'on les peint. Sinon en carrosserie et carénages motos modernes l'ABS est très employé ( thermo formé) et bel aspect de peinture.
L'amateur peut se lancer dans le formage à chaud de bulles de carénage ( polycarbonate), jamais fait pour mon compte, seulement des capots de micros de guitares électriques dans les sixties.
En pièces mécaniques d'usure le PE ( polyéthylène) est excellent, au glissement le PTFE ( Teflon)est royal mais ne se colle pas, donc fixations mécaniques par obligement.
Dan

Pour la plupart de moules nous utilisons une imprimante 3D, exemple de réalisation, Dashboard en photo pour le  prochain proto (fini le sintofer et le ponçage) même certaine pièces sont carrément réalisées en imprimante, c’est magique.
La mise sous vide permet effectivement d’éliminer les défauts (bulles d’air, et permet d’épouser les formes au plus juste, nous utilisons également le procédé par infusion mais seulement sur des pièces pas trop biscornues, il y a aussi un petit passage au four,  nous progressons en qualité par le mode step by step comme dit un collègue novateur.

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Vide, infusion?
Pour notre culture pouvez vous détailler en restant dans la vulgarisation les deux procédés.
Je sais que les bateaux sont maintenant beaucoup fabriqués par infusion pour un gain de rigidité et de poids.

fd-racing a écrit:

bartau a écrit:

Voici la première: quels sont les avantages de mettre les pièces sous vide d'air?

Ont fait le vide parce que la ou il reste  de l'air il n'y a pas de résine  , et le but est que la pièce  soit faite à 100 %  de fibre totalement imprégné de résine  .

pour faire un parallèle connu , c'est comme en  fonderie , la ou il y a de l'air , ya pas de métal et les soucis qui vont avec

.

Non je l'ai donné, fallait seulement lire : épouser au plus près le moule -> toute fibre et encore plus le carbone n'épouse pas les petits rayons et le refusent carrément dans le cas du carbone, aramide ect ... !

L'infusion a été développé pour maitriser le taux d'imprégnation ... si vous étiez un minimum renseigné sur le sujet dont vous noircissez les pages, vous sauriez que cela à trait en premier à la résistance


Je vous laisse puisque ce que j'écris le plus simplement du monde ne vous intéresse pas ...

Pffiuuu ! Absent depuis de très longs mois (années ?) de ce pourtant magnifique forum, il faut bien un tel sujet pour me faire "revenir" ! J'essaierai donc, dans la mesure de mon peu de temps disponible, d'apporter ma modeste contribution En tous cas, je tenais à féliciter Gilles Nard à la fois pour les belles réalisations sur sa moto-2 que j'ai longuement observée, et ...pour l'ouverture de ce sujet. En effet, si les composites sont désormais omniprésents dans nos sports mécaniques, leurs techniques de mise en oeuvre restent "nez en moins" peu vulgarisées, et il se dit encore beaucoup de couenneries ou tout au moins de confusion (j'ai pas dit infusion, hein !)

Purée ça fait plaisir de te revoir Joël. Et en plus tu pourras nous éclairer sur de nombreux points !
Christophe

Allez-y les gars, nous sommes tout ouïe!

Je peux vous parler un peu du procédé RTM (Resin Transfer Moulding) basse pression assisté au vide même s’il est peu, voire pas utilisé dans l’univers moto qui dans son industrie emploie peu de thermodurcissables renforcés. Toutefois, même si c’est mon domaine depuis quinze ans, ça ne fait pas de moi un spécialiste en la matière. D’une part parce que je ne m’occupe pas de la « recette » mais de sa mise en œuvre et d’autre part parce que ce procédé est adapté à nos besoins (industriels) et contraintes et qu’il peut être mis en œuvre différemment dans d’autres cas avec d’autres besoins. Je n’ai pas de vérités à asséner, juste une expérience à faire partager et j’ai cru comprendre que c’était le sujet de la discussion, les spécialistes -et ils ont l’air en nombre ici- auront tout le loisir et le plaisir de corriger.

Pour le cas que je connais, il s’agit de produire en quantité des pièces structurelles en polyester renforcé de verre de dimensions et masses conséquentes (+/- 120kg pour une épaisseur d’environ 6mm) qui doivent aussi garantir une parfaite étanchéité (porosité et assemblage). Aucun support ou renfort externe ne vient augmenter la résistance structurelle des assemblages qui sont réalisés par collage.

Le principe est assez simple, on utilise un moule fermé dans lequel sont disposés les renforts et on y injecte de la résine sous pression en assistant sa répartition au moyen du vide.
Les matières mises en œuvre sont : Une résine polyester teintée dans la masse dont les caractéristiques nous autorisent la suppression du gel coat, des catalyseurs, des renforts « textiles » simples ou complexes (verre, polypropylène, polyester,…) et des renforts polyuréthane.

Les moules : Ceux que nous employons sont métalliques, chaudronnés/usinés ou électrodéposés constitués d’un « poinçon » et d’une « matrice » assemblés de façon étanche durant toute l’injection et polymérisation. Ils sont thermorégulés afin de garantir des conditions de cycle optimales et répétables, le moule devant dissiper une bonne partie de la réaction exothermique de polymérisation (une centaine de degrés au cœur de la pièce avec une quantité de chaleur proportionnelle au volume de résine). Ils disposent d’un ou plusieurs injecteurs qui pourront être utilisé seuls ou en combinaison. L’entrefer est mis sous vide à une valeur de dépression régulée qui peut être constante ou variable (en fonction de la propagation de la résine dans les renforts) durant la phase d’injection et de polymérisation.

Le matériel d’injection : Il est constitué de deux pompes à pistons, une pour la résine, une pour le catalyseur, le ratio est obtenu par différence de cylindrée et rapport mécanique, la pompe résine étant la pompe « maitre ». Les deux composants utilisent des conduits séparés et ne seront mis en contact qu’à leur arrivée aux injecteurs sur le moule par l’intermédiaire d’un pistolet de mélange. En outre, le circuit de résine passe par des éléments permettant son préchauffage. C’est par programmation de cette installation qu’on détermine les volumes à injecter et les différentes séquences d’utilisation des injecteurs. L’équipement dispose aussi d’un système de nettoyage/rinçage par solvant qui va permettre de nettoyer toute la partie du circuit où résine et catalyseur sont mélangés (pistolet, injecteurs, conduites) avant que le mélange ne durcisse.

En quelques chiffres, le volume de résine injecté varie entre 60 et 80l à raison de 12 à 15l/mn ces valeurs étant dictées par le temps d’ouverture du mélange (temps de gel) qui est de l’ordre de 8-9mn, le temps d’injection devant se situer autour de 6-7mn. Le temps de polymérisation jusqu’à la fin de la réaction exothermique est de l’ordre de 20mn. Durant cette phase, la résine va continuer à se propager dans les renforts avant durcissement, raison pour laquelle le vide est maintenu. La pièce est démoulable et manipulable à l’issu de cette phase. Nous pratiquons les usinages (dont on peut aussi parler car c’est un domaine important du travail des composites) immédiatement après démoulage.
Notre équipement industriel nous permet à capacité maximale de fabriquer entre 7 et 9 pièces à l’heure je vous laisse calculer le tonnage de matières premières transformable à ce rythme.
Pour l’assemblage avec contrainte d’étanchéité, les colles polyuréthane mono-composant donnent de bons résultats.
Vous l’aurez compris, ce procédé nécessite un investissement conséquent qui ne peut être amorti que par une quantité élevée ou une forte valeur ajoutée. Il (variante haute pression et renforts carbone + matrice epoxy) est par exemple employé pour des pièces pour véhicules automobiles haut de gamme.

La mise en œuvre de ces matières et de leurs solvants nécessite aussi de se forger une expérience et des connaissances dans l’emploi des élastomères et des matériaux d’étanchéités compatibles.
Au passage, c’est un point très important, les matières qui sont utilisées et leurs interactions peuvent donner lieu à de véritables catastrophes (santé, incendie, explosion), ne négligez aucune des précautions d’usage ou de stockage surtout pour ce qui est des catalyseurs et accélérateurs à base de peroxydes organiques qui en plus de pouvoir générer très facilement des incendies et explosions sont corrosifs et instables.