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PRFV et PRFC : à vos fibres, prêts, partez !
Les matériaux composites à base de fibres comme le plastique renforcé de fibres de verre (PRFV) et le plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC) sont apparus très récemment sur la scène de l'ingénierie et du design industriel. Tous les deux se travaillent souvent avec plus de précision que les métaux, ce qui en fait des solutions recherchées en remplacement de l'acier inoxydable et autres matériaux comparables, sans oublier que ces deux polymères sont très légers mais très robustes. Dans les pages suivantes, vous découvrirez pourquoi le PRFV et le PRFC nécessitent des outils de tronçonnage et de meulage spéciaux et ce qu'est le phénomène d'effilochage. Vous verrez aussi pourquoi la poussière produite lors de l'usinage des plastiques renforcés de fibres est un sous-produit très recherché et comment éliminer les salissures sur ces matériaux.
PRFV et PRFC, des matériaux idéalement adaptés aux petites séries et au prototypage
Les plastiques renforcés de fibres de verre ou de carbone sont des produits semi-finis que l'on travaille selon différentes méthodes en production, par exemple la projection de fibres, la stratification manuelle ou le moulage par transfert de résine (RTM, Resin Transfer Moulding). Le revêtement de résine protège les fibres des influences extérieures et préserve la forme du composant. Contrairement aux métaux qui, après des opérations comme l'emboutissage profond par exemple, ne nécessitent pratiquement aucun usinage supplémentaire, le PRFV et le PRFC requièrent encore beaucoup de travail. D'une manière très générale, on peut affirmer que les plastiques renforcés de fibres présentent un meilleur rapport coût-efficacité pour la production en petites séries ou la fabrication individuelle, alors que le métal est plus économique pour la production en série.
Lisse et formable, le plastique est apprécié dans l'eau, mais pas seulement
Le PRFV en particulier est largement utilisé dans la construction navale. Les ingénieurs apprécient son excellente aptitude au moulage dans la conception de navires légers en tous genres. Le PRFV et le PRFC sont devenus incontournables dans la fabrication sur mesure de coques stratifiées, voire de mâts et d'autres superstructures de bateaux, où le poids compte autant que la résistance. Si vous êtes un expert dans le secteur de la construction mécanique et d'équipements, vous connaissez forcément les avantages liés à la bonne plasticité de ces deux polymères. Le PRFV et le PRFC montrent le meilleur d'eux-mêmes dans la configuration de solutions personnalisées pour les carénages.
Dans l'industrie aéronautique aussi, les ingénieurs sont toujours à la recherche d'un maximum de résistance et de rigidité. Le PRFC a leur préférence, car il permet de réaliser des structures très légères et donc avec un rendement énergétique élevé. Une caractéristique que les concepteurs d'installations éoliennes savent aussi apprécier. Parce que tout ce qui est léger demande moins d'énergie pour être mis en mouvement, l'industrie automobile utilise de plus en plus de composants en PRFC dans de nombreuses applications.
Impossible de se passer d'un travail de finition
Les plastiques renforcés de fibres n'ont pas que des avantages. En effet, le matériau n'est pas homogène et les fibres et la matrice possèdent des propriétés très différentes. En outre, les fibres sont très abrasives et usent rapidement les outils. S'agissant tous deux de polymères, ces plastiques présentent une mauvaise conductibilité thermique. Vous devez, par conséquent, faire très attention à la dissipation de chaleur pendant l'usinage, en prévoyant si possible un moyen de refroidissement. C'est la seule façon d'éviter les effets négatifs tels qu'une dilatation thermique ou des pressions de serrage élevées.
L'usinage du PRFV et du PRFC crée des risques particuliers liés aux poussières de particules émanant du tronçonnage et du meulage des polymères, surtout si l'usinage s'effectue manuellement plutôt que dans une machine fermée. Mais ces poussières ne font pas qu'augmenter le risque d'explosion et d'incendie. Leur inhalation pose en effet un risque pour la santé et doit être absolument évitée en portant un équipement de protection individuelle et un masque bucco-nasal approprié. Un bon équipement de protection permettra aussi de protéger votre peau d'une exposition au PRFV ou au PRFC.
Tronçonnage des plastiques renforcés de fibres : fin du cycle de vie
Si vous avez besoin de scier des plastiques renforcés de fibres, commencez par délaminer la surface de coupe en tenant compte des éventuelles caractéristiques spéciales du matériau. Assurez-vous que le refroidissement est suffisant. Le choix de l'outil dépend du résultat souhaité : si vous voulez simplement séparer les deux matériaux, pour les mettre au rebut par exemple, une scie fera l'affaire. Si vous devez suivre des contours ou effectuer un travail de précision, vous aurez généralement besoin d'outils diamantés.
Le PRFC et le PRFV ont tous deux tendance à s'effilocher. Par conséquent, choisissez vos outils avec soin et n'hésitez pas à demander conseils à des experts.
PRFV et PRFC : Moins de copeaux lors du meulage
Les composants en plastiques renforcés de fibres sont généralement fabriqués avec un contour aussi proche que possible du contour final. Pour ce qui est des processus d'usinage qui génèrent des copeaux, comme le meulage, le volume de copeaux a tendance a être assez faible. Dans la plupart des cas, le PRFC et le PRFV ne font l'objet que d'un ébavurage, d'un dressage d'un perçage, ou encore d'un encochage. En ce qui concerne la pression et la vitesse pendant l'usinage :
- Éviter tout excès, car les polymères comme le PRFC et le PRFV peuvent fondre. Lors de l'usinage, qu'il s'agisse d'ébavurage, de meulage ou d'un pré-nettoyage grossier, utilisez une vitesse lente et une pression de contact modérée. Avant de commencer, contrôlez le type de plastique utilisé. Les thermoplastiques ne réagissent pas de la même façon que les résines thermodurcissables. Dans les deux cas, les plastiques renforcés de fibres sont hautement abrasifs, ce qui se traduit par une usure rapide des outils de meulage et de tronçonnage.
- Utilisez des outils de haute qualité, notamment des outils diamantés (à liant galvanique ou avec inserts PCD). Leurs larges goujures facilitent le travail des polymères renforcés de fibres, de même que les fraises sur tige à géométries spéciales.
- Il peut être utile de s'intéresser aux outils d'usinage de l'aluminium. Comme l'aluminium, le PRFC et le PRFV ont tendance à se tacher. Les outils abrasifs à pores ouvertes, les outils avec revêtement abrasif et un grain de carbure de silicium très mordant constituent également un bon choix pour un usinage propre.
- N'oubliez jamais de porter votre équipement de protection individuelle, car les particules de polymères sont dangereuses pour votre santé et celle de vos collègues.
Pas encore pour demain : le soudage du PRFC et du PRFV
Contrairement aux métaux, les plastiques renforcés de fibres ne se soudent pas facilement avec les techniques conventionnelles. Des méthodes d'assemblage au laser de matériaux composites à base de fibres apparaissent petit à petit, mais leurs applications se limitent encore à la recherche. Actuellement, les méthodes industrielles établies sont l'assemblage par forme ou par liaison. La plupart du temps, les plastiques renforcés de fibres sont assemblés par collage, rivetage ou vissage.
La poussière, sous-produit réutilisable du polissage
Le polissage décrit habituellement un meulage très fin effectué au moyen d'outils et de produits abrasifs capables de fermer les pores les plus infimes des surfaces en PRFV ou en PRFC. Pendant cette opération, une partie de la matière enlevée s'évapore, le reste remplit les pores et rayures dans la surface du plastique renforcé de fibres. Un scellement supplémentaire peut être réalisé avec de la cire.
Le degré de salissure détermine le mode de nettoyage du PRFC et du PRFV
Vous avez appris par l'expérience qu'il est difficile de déterminer le produit à utiliser (produit de nettoyage, d'entretien ou de polissage) sur les plastiques renforcés de fibres. Certains opèrent par abrasion pour éliminer la saleté, d'autres un peu moins et ont surtout pour effet de sceller la surface. Pour l'entretien du PRFV et du PRFC, la transition entre nettoyage, polissage et scellement est fluide. En fonction du composant et de la fibre, les outils et les produits abrasifs utilisés sont très différents, chacun avec sa propre pression d'application et sa propre vitesse de rotation.
FAQ – Connaissances indispensables sur les plastiques renforcés de fibres
Je travaille des plastiques renforcés de fibres. Quels produits ou technologies recommandez-vous pour obtenir de bons résultats ?
Quelle vitesse de coupe dois-je régler pour couper le PRFV et le PRFC ?
Dois-je porter un masque pour usiner les plastiques renforcés de fibres ?
Quels produits abrasifs conviennent le mieux pour meuler des surfaces en plastique ou en PRFV avec une ponceuse excentrique ?
Vous avez d'autres questions spécifiques sur le tronçonnage et le meulage du PRFC et du PRFV ?
Nos experts sont à votre disposition.