PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT
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Direction des Laboratoires Sce  0854 - P. ROUBI1JET/ AT1 Le 20 mars 1972

NOTE TECHNIQUE N° 4 665

TOLERANCES DIMENSIONNELLES DES PIECES M0ULEES EN PREIMPREGNE
INFLUENCE DU RETRAIT THERMIQUE

1°) PROBLEME POSE

Dès le démarrage de la fabrication des boucliers AV et AR R5 à l'usine de DREUX, il a été constaté des écarts dimensionne1s hors des to1érances demandées par le BE.
Bien que ces écarts ne dépassaient pas ceux que nous avions prévus dans une étude précédente (Note Technique n°4358 du 27 mai 1969) nous avons tenté d'expliquer les phénomènes observés.

2°) LES RETRAITS DE MOULAGE

Le durcissement de la résine polyester est accompagné d°un dégagement de chaleur de 60 à 90 kcal/hg (réaction exothermique) et d'une contract1on en vo1ume de 7,5 % (retrait chimique).
La présence des charges et du verre réduit le retrait chimique à 4,5 % en volume (cas du STRATYREX 45/03), soit à 1,5 % linéaire dans l'hypothèse d'un mélange homogène et isotrope.
Or la disposition en strates des fibres de verre conduit à des retraits chimiques linéaires qui sont différents dans les 3 directions de l'espace.
Les fibres de verre s'opposent au retrait dans les sens où elles sont disposées. Pratiquement, le retrait chimique pendant la cuisson sous presse s'effectue presque uniquement dans le sens de l'épaisseur. Il peut être observé dans le cas du moulage en moule positif, en enregistrant le mouvement relatif des plateaux de presse. Le retrait thermique qui résulte du refroidissement de la matière depuis le pic exothermique jusqu'à la température ambiante; est également plus grand dans le sens transversal que dans le sens longitudinal. En effet le coefficient de dilatation du verre (
av = 9.10-6 dg-1) est nettement plus faible que celui du mélange d'imprégnation (ar+c = 120.10-6 dg-1) . Le retrait de moulage que l'on indique au mou1iste est calculé en comparant des cotes mesurées à 20°C sur p1èce et sur mou1e (voir méthode RENAULT-PEUGEOT No 1440). Il correspond en fait au retrait longitud1na1 (rl) qui est surtout fonction des dilatations et contractions thermiques du moule et de la pièce.
Il peut être vérifié en utilisant la relation suivante :

rl = (ast - amoule) Dq

3°) LES DEFORMATIONS DE MOULAGE

SI les pièces ne subissent que peu de variation de leurs cotes développées pendant le moulage, il n'en va pas de même des dimensions des emboutis.

En règle générale, dans tous les moulages de stratifiés à base de résine polyester standard, on remarque que les angles ont tendance à se fermer.
En ce qui concerne les boucl1ers AV et AR R5~on note une fermeture importante de la pièce dans le sens vertical qui entraîne  une ouverture dans le sens horizontal.

L'analyse et l'étude des phénomènes constatés ont déjà été exposées à l'usine de DREUX au cours de la réunion STRATIFIES du  5 janvier 1972 (voir note 6372 du Sce 0943): nous allons les développer ici.

4°) ESSAIS DE DILATOMETRIE

A l'aide d'un dilatomètre CHEVENARD et d'éprouvettes étalons en aluminium et/ou en téflon, nous avons déterminé le coefficient de dilatation moyen entre 40 et 160°C dans les sens transversal et longitudinal, de différents préimprégnés. Les résultats figurent dans le tableau suivant:

      Coefficient de dilatation
Repère de moulage
(disque
f 180 mm)
Matière Retrait
longitudinal
mesuré sur
disque en %
Sens transversal
at en 10-6 dg-1
Sens longitudinal
al en 10-6 dg-1
x 1010 STRATYREX 45/03-1124
lot 113-103 bobine 3
2,34 89,8 20,6
X 1011 MENZOLIT SPP 38 N
(11-71)
1,78 90 19,9
X 896 préimprégné à retrait compensé
7 OP 54 lot 110-104
0,67 32,2 13,9

Les valeurs indiquées ci-dessus ne concernent qu'une seule éprouvette découpée dans le centre des disques, c'est-à-dire dans la zone la plus stratifiée.
Nous avons refait un essai de dilatométrie sur une 6prouvette découpée près du bord du disque X 1011 et nous avons relevé :

  Eprouvette latérale
al -
Eprouvette centrale
ac -
X 1011 24,8.10-6 dg-1 19,9.10-6 dg-1

L'augmentation du coefficient de dilatation constatée sur l'éprouvette latérale correspond certainement à une perte de stratification dans la zone remplie par fluage de la matière dans le moule;

En ce qui concerne l'essai effectué sur un préimprégné à retrait compensé; on remarque que les coefficients de dilatation sont nettement inférieurs à ceux des préimprêgnés standards. Cet avantage, sur le plan de la conformité et de la stabilité dimensionnelle des pièces a deux origines :

A - On note déjà une différence sensible sur des plaques moulée en résine pure :

Résine polyester standard à retrait compensé
at = al =
(tangente à 80°C)
150.10-6 dg-1 90.10-6 dg-1

B ~ On incorpore beaucoup plus de charges dans les mélanges d'imprégnation :

Mélange d'imprégnation ==>>

Standard

à retrait compensé

Pour 100 parties de résine 40 à 100 parties de charges 100 à 150 parties de charges

5°) INFLUENCE DU RETRAIT THERMIQUE SUR LA DEFORMA'l'ION DES PIECES

En considérant. d'une part, les dimensions d'une pièce à sa température de durcissement dans le moule et, d'autre part, les dimensions de cette même pièce après son refroidissement à 20°C, nous avons calculé les déformations géométriques ce qui nous a permis d'écrire la relation suivante :

Df = f0 (at -al ) Dq

On voit donc que si le retrait longitudinal ne dépen4, pour une variation de température donnée que du coefficient de dilatation longitudinal, il n'en est pas de même de la déformation qui est fonction de la différence entre les coefficients de dilatation transversal et longitudinal;
Cette théorie semble vérifiée par des mesures effectuées sur des éléments de boucliers moulés avec différents préimprégnés.

Type de préimprégné Référence at -al
en 10-6 dg-1
Déformation mesurée sur pièce :
Standard STRATYREX 45/03-1124
MENZOLIT SPP 38 N
69,2
70,1
- 7 à - 9 mm
A retrait compensé 7 CP 54
MENZOLIT 1683
SVT 133/2
18,3
-
-
- 2 à - 3 mm

Dans le cas particulier d'une pièce plane, correctement moulée avec un préimprégné reconnu bon, on ne doit pas observer de déformation puisque pour : f0 = 0 nous avons Df = 0
On peut toutefois noter des déformations si le préimprégné utilisé présente des irrégularités dans la répartition des fibres de verre ce qui entraîne une dissymétrie dans les retraits.

6°) CONCLUSION

Les déformations constatées sur les boucliers AV et AR R5 en sortie de presse, peuvent s'expliquer par le fait que la contraction des pièces pendant leur refroidissement n'est pas homothétique.

L'étude du phénomène par la dilatométrie a permis de mettre en évidence les facteurs de déformation.

Les meilleurs résultats sont obtenus avec les préimprégnés à retrait compensé, malheureusement ils n'ont pu être pigmentés correctement dans la masse jusqu'à présent, ce qui interdit leur utilisation pour les boucliers.

Les travaux d'amélioration du préimprégné pour boucliers sont actuellement poursuivis sur tous les points faibles constatés en fabrication.

P. Roubinet

Essais de MM, Delacroix et Ducelier

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