Les résines thermodurcissables: les matrices qui protègent les fibres.

 

Les résines thermodurcissables sont toutes liquides à températures ambiantes et sont converties à l’état solide (plastique) par le biais de catalyseurs qui déclenchent une réaction chimique dégageant beaucoup de chaleur (d’où leur nom). Elles enrobent les fibres et constituent le deuxième élément principal des plastiques renforcés de fibres (PRF). Elle prévient leur usure mécanique par frottements, les protège des attaques des agents chimiques et est responsable de plusieurs autres propriétés finales du PRF. La résine thermodurcissable ainsi que les additifs qui y sont mélangés se nomme la matrice. Les propriétés de la matrice sont dictées par sa nature chimique. Outre les charges qui peuvent y être ajoutées et le taux de réticulation de la résine, c’est le type de polymère employé qui est le plus déterminant. Il en existe plusieurs grandes familles, qui elles-mêmes se déclinent en des milliers de mélanges commerciaux uniques.

Résine_thermodurcissable

Figure 1: Résine thermodurcissable à l’état liquide, avant d’être transformée. Le tableau ci-contre présente les 3 grandes familles de résines thermodurcissables les plus employées par FVJR, avec quelques unes de leurs propriétés.

FAMILLES DE POLYMÈRES DES RÉSINES THERMODURCISSABLES

PARAMÈTRES Unités Polyesters insaturés Vinylesters Époxydes
Densité g / cm³ 1,14 – 1,43 1,04 – 1,34 1,10 – 1,50
Résistance à la compression MPa 90 – 200 110 – 127 250
Résistance à la traction MPa 34 – 103 63 – 85 55 – 130
Élongation à la rupture % 1,4 – 5,0 4,0 – 9,1 2,0 – 5,0
Résistance à la flexion MPa 80 – 130 115 – 140
Module de flexion GPa 3,3 – 3,6 3,1 – 3,8
Module de compression GPa 1,7 – 2,4
Module d’élasticité en traction (E, Young) GPa 2,1 – 3,6 2,9 – 3,9 2,75 – 5,00
Déformation à l’écrasement % 6 – 28
Température de fléchissement sous charge °C 80 – 130 85 – 190 290
Rétrécissement lors de la cure % 5 – 12 5,4 – 10,3 1 – 5
Mesurés à 23-25 °C. Polyesters insaturés: orthophtaliques, isopthaliques, téréphtaliques et fumarate de BPA. Vinylesters: époxy-vinylesters de BPA, époxy-vinylesters novolaque et novolaque hautes températures, vinylesters de BPA bromés, vinylesters flexibilisés.

Tableau 1: Quelques propriétés des grandes familles de résines thermodurcissables utilisée.

Charges Quantités requises (parties par cent parties de résines) Impact(s) / visée(s)
Silice (pyrogénée et autre) 1 – 2 Contrôler de la thixotropie (viscosité)
Graphite / noir de carbone 1 – 30 Rendre le PRF conducteur
Carbure de silicium / minéraux durs 1 – 30 Accroître la résistance à l’abrasion
Trioxyde d’antimoine 1 – 5 Augmentation du caractère ignifuge du PRF
Pentoxyde d’antimoine 3 – 5 Augmentation du caractère ignifuge du PRF
Trihydrate d’aluminium (ATH) 50 – 120 Réduction des émissions de fumées en combustion
Pigments / absorbeurs ultraviolets 1 – 3 Aspect esthétiques et protection UV

Tableau 2: Quelques-unes des charges ajoutées aux résines thermodurcissables.

Le choix de la matrice est basé sur les contraintes d’opération des pièces, le niveau de performances souhaitées et une foule d’autres considérations: couleur, fini de surface, durée de vie, épaisseur, exposition aux intempéries et substances chimiques, champs électromagnétiques, aspects normatifs, etc. Règle générale, plus une pièce est riche en résine, meilleure sera sa résistance à la corrosion.

L’infinité de combinaisons matrice/renforts donnent ainsi accès à un monde de possibilités à exploiter pour créer des pièces uniques et des alternatives économiques à de nombreux matériaux conventionnels.

Thermodurcissables et thermoplastiques

Thermodurs_vs_thermoplastiques

Figure 2: Thermodurcissables (gauche) vs thermoplastiques (droite). La différence entre les deux types de plastiques réside dans les liens entre les chaînes au niveau moléculaire, qui se traduit par leur réaction à la chaleur.Les thermodurcissables (polyesters, vinylesters, polyuréthanes, époxydes, etc.) sont constitués de chaînes moléculaires entremêlées et reliées entre elles en certains endroits; on les dit réticulées. Les thermoplastiques (polyéthylène, polystyrène, polypropylène, etc.) sont constitués de chaînes moléculaires entremêlées, mais indépendantes.

Avantages majeurs des matrices thermodurcissables Inconvénients majeurs des matrices thermodurcissables
Moulage des pièces grandement facilité par des températures de travail conventionnelles (< 40 °C) et de faibles viscosités ( < 500 cps) Durée de vie limitée des résines une fois produites (entre 6 mois et quelques années)
Facilité d’ajouter des renforts de fibres compatibles avec la matrice (traitements de surface des fibres bien connus) pour en améliorer les propriétés. Ne peuvent pas être recyclées
Les composés chimiques ne permettent qu’à une certaine profondeur de la surface et cesse de migrer Une cure est requise pour transformer la résine
Facilité d’ajouter des charges compatibles à la matrice pour en améliorer les propriétés. Mise en forme demandant davantage de précautions du point de vue de la santé et la sécurité au travail
Accès à davantage de technique de fabrication permettant une plus grande versatilité dans le design des pièces et composantes. Résistance aux impacts et résilience inférieure (de manière générale, en ne regardant que la matrice)

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Afin de s’assurer que les performances du matériau choisi sont adéquates pour l’application visée, le client doit vérifier, indépendamment de FVJR, les caractéristiques pertinentes aux performances souhaitées. Les données présentées, bien que considérées comme valides, ne sont présentées qu’à titre informatif. La vente de tout produit mentionnés dans ce document sont tributaires des termes et conditions du contrat liant éventuellement les parties lors de leur vente. Les données mentionnées dans ce document sont des données «types» et ne doivent pas être considérées comme des données spécifiques à utiliser lors de la conception. Pour obtenir des données de conception, contactez un représentant autorisé de FVJR. Puisque toutes les conditions réelles d’utilisation du produit échappent à la connaissance et / ou au contrôle de FVJR, l’utilisateur du produit doit déterminer la pertinence de son application pour un usage ciblé, et assumer tous les risques et les responsabilités à cet égard. FVJR EXCLUT TOUTE GARANTIE, EXPLICITE OU IMPLICITE, Y COMPRIS LES GARANTIES DE COMMERCIALISATION ET D’ADAPTATION À UN USAGE PARTICULIER qui résulterait d’une mauvaise utilisation des informations contenues dans la présente brochure. Contacter un représentant autorisé de FVJR pour plus de détails. 2016  © FVJR Inc.