1001 Matériaux

Le plastique est un matériau présenté la plupart du temps sous forme de granulés qu’il faut transformer pour obtenir le produit fini. Il existe 3 grandes familles de plastiques :

• Les thermoplastiques (ou TP) qui ont la particularité de pouvoir être refondus et retravaillés à volonté.
• Les thermodurcissants (ou TD) dont le chauffage provoque une réticulation (les chaînes moléculaires du plastique créé des connexions, les pontages, qui fixent à jamais la forme donnée à la matière). Une fois chauffés, les plastiques thermodurcissants conservent leur forme. Toute montée en température ultérieure ne fera que renforcer les ponts moléculaires et rendra le plastique plus dur, jusqu’à son point de combustion, où il se détruira.
• Les mousses et plastiques allégés, qui nécessitent des procédés complexes d’injection-réaction.

Transformation des thermoplastiques (TP) :

Les presses à injecter :
Les granulés sont chauffés jusqu’à fondre puis sont poussés sous pression dans un moule refroidi. La presse à injecter est équipée d’une trémie d’alimentation (un entonnoir vibrant) dans laquelle on introduit les granulés. La trémie débouche sur un cylindre chauffant équipé d’une vis sans fin. La vis assure un débit régulier depuis la trémie et le tube de chauffage : la progression doit être homogène. À mesure que les granulés plastiques avancent dans la vis et le tube chauffant, ils se ramollissent et fondent. Le plastique fondu arrive au moule. Une fois la pièce solidifiée dans le moule, elle est évacuée par vibration en tombant sur un tapis roulant transporteur ou mécaniquement avec des pinces ou des ventouses.

Une presse à injecter se caractérise par :

• L’indication de la capacité de plastification en Kg/h (combien de kilos de granulés peuvent être traités par heure).
• La capacité d’injection (en gramme de PS – Polystyrène).
• Le temps de cycle théorique à vide.
• Le force de fermeture, certainement la plus importante : elle indique la résistance de la presse à injecter à la pression de la matière plastique dans le moule.
• Le moule lui-même est la plupart du temps en acier.

La transformation par presse à injecter à de nombreux avantages : les pièces sont homogènes en qualité et la précision du procédé permet de maintenir des cadences de productions très élevées. Enfin, la chaîne de fabrication ne requiert presque pas d’opérateurs humains.

La transformation par extrusion :
Cette technique de transformation du plastique est utilisée pour la fabrication en continu de tubes. La forme intérieure du tube peut être complexe (en étoile, avec des trous, tube creux, etc.), mais l’idée générale est de produire en continu une forme tubulaire, comme on le fait avec les pâtes alimentaires par exemple. Les granulés plastiques progressent là aussi dans la vis du cylindre chauffant mais à l’arrivée, le moule est remplacé par une filière (un tube avec une forme prédéfinie) ayant la forme du produit fini. En fonction des besoins, la forme de base peut être étirée. Les objets obtenus sont ensuite refroidis et découpés.

Le calandrage ou laminage :
Permet d’obtenir des feuilles ou des plaques de plastiques en faisant passer la matière entre 2 à 5 cylindres chauffants dont l’écartement se réduit progressivement. Les revêtements de sols plastiques par exemple sont fabriqués ainsi. La production de ce type de chaîne de production est très élevée mais requiert de très lourds investissements et une longue période de réglage qui consomment beaucoup de plastique.

Le rotomoulage :
Une technique de fabrication avancée utilisée pour la création de pièces creuses de très grandes tailles et uniquement en petite série. Le polymère plastique s’achète dans ce cas en poudre (et non granulé). La poudre est vaporisée sur les parois d’un moule qui est mis en double rotation autour de deux axes. Le moule est mis en mouvement et chauffe progressivement. La matière se gélifie puis fond en se répartissant uniformément sur les parois.
En dehors de la taille du moule, le procédé est relativement économique, car il évite tous les problèmes liés à la pression. Ce procédé est principalement utilisé pour obtenir des objets monobloc sans aucune soudure. Les formes peuvent de plus être très complexes, car la rotation assure une parfaite régularité d’épaisseur sur le produit fini. Dans certains cas, il est possible de répéter l’opération pour obtenir une multicouche. En revanche, le cycle de production est extrêmement long.

Le thermoformage :
Cette technique requiert des feuilles plastiques rigides obtenues en calandrage. Les feuilles plastiques sont fixées sur un cadre puis chauffées (aération chaude) jusqu’à ramollir. Un faisceau d’air pulsé opère alors une pression sur la feuille pour la courber. Un moule est alors placé sous la feuille. Le faisceau d’air cesse, la dépression plaque la feuille molle sur le moule. L’ensemble est alors refroidi. Une dernière opération de détourage est nécessaire pour obtenir le produit fini.
Cette technique est relativement bon marché : pas de problème de moule devant résister à de fortes pressions, les moules de thermoformage sont simples et peu chers. Ce procédé est particulièrement rentable sur les moyennes séries. En revanche la matière première (les feuilles) coûte plus cher que les granulés.

Gélification et enduction :
Il existe enfin des procédés très rarement utilisés : notamment la technique de gélification où une poudre subit un chauffage sur le moule par air chaud et fond directement sur le support (idéal pour les revêtements). Citons encore l’enduction plastique qui consiste à recouvrir le moule support par du plastique fondu en coulée.

Transformation des thermodurcissants (TD) :

Ces polymères plastiques sont fondamentalement différents des thermoplastiques (TP). Ces plastiques ne se présentent pas en granulés, mais en poudre ou résine liquide.

La catalyse :
La technique la plus simple consiste à utiliser un catalyseur qui va entraîner une réaction de la résine plastique et la durcir. La résine est mise dans le moule, puis le catalyseur et le durcisseur sont ajoutés. Une fois la résine placé dans le moule avec les deux autres additifs, elle devient solide, infusible (on ne peut plus la refondre) et insoluble (elle résiste à l’eau).

Compression :
Une technique pour les plastiques thermodurcissants en poudre. Elle consiste à exercer une forte pression sur la poudre placée dans un moule chauffé. Sous l’action de la chaleur et de la pression, la matière fond et cuit dans le moule. La phase de cuisson/durcissement rend le cycle de fabrication long.

Transfert :
Technique très fréquente ; la matière est déposée dans une chambre de transfert. La poudre est fondue puis transférée par pression, à l’état visqueux dans l’empreinte du moule où elle se solidifie définitivement. Cette technique requiert des moules très chers, mais se justifie pour la réalisation de pièces complexes à parois minces.

Injection :
Cette technique est identique à celle utilisée pour les TP à une modification près : le moule est chauffé pour cuire la matière et assurer le pontage moléculaire (la réticulation). Le problème principal de cette technique est le dosage du chauffage. Un degré de trop, et le processus de réticulation débute et se propage à la matière plastique. Il faut donc porter une attention particulière à la vis sans fin, qui doit assurer une progression de la matière très précise pour obtenir le point de réticulation au moment exact ou la matière fondue atteint le moule. L’usure des outillages est importante avec cette technique car ces poudres sont extrêmement abrasives. Malgré une phase de mise au point complexe, le procédé est très rentable car il permet des très hautes cadences.

Moulage par projection :
Il s’agit d’une technique utilisant une résine liquide thermodurcissante projetée avec un pistolet sur des fibres de verre ou du tissu. Typiquement, on alterne une couche de feuille de fibres de verre avec une couche de résine. La résine se solidifie lentement à température ambiante. C’est la technique utilisée pour construire les coques de bateaux et de toutes pièces de très grande dimension. Évidemment, la cadence est très faible.

Pressage :
À partir de feuilles de papiers ou de tissus imprégnés d’une résine thermodurcissable. Les feuilles gorgées de résine sont empilées sur le plateau chauffant d’une presse. La chaleur et la pression déclenchent la réticulation. Le démoulage est rapide.

Transformation des mousses plastiques :

Il s’agit des procédés destinés à transformer le polyuréthane et le polystyrène expansible en mousse souple, semi-rigide ou rigide.

Mousse polyuréthane :
Ces mousses plastiques s’obtiennent directement en mélangeant 2 composants liquides de base ; isocyanate + polyol. Les machines-outils doseuses comportent deux réservoirs et une tête de mélange simple. Le réservoir de mélange est équipé d’un bec verseur qui déverse la mousse dans un moule juste avant que la réaction chimique d’expansion ne commence.

Mousse de polystyrène :
L’obtention de cette mousse plastique s’effectue en deux temps à partir d’une dissolution du pentane dans une résine granulée. Les granulés renferment une petite quantité de gaz qui lors du chauffage va faire gonfler les granulés. Un moule chaud suffit donc à déclencher l’expansion. Les granulés de polystyrène se soudent tout seuls entre eux.

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