Principes de production des panneaux sandwich
Les fabricants de mousse de polyuréthane reçoivent généralement des composants liquides – polyols et polyisocyanates – de leurs fournisseurs, puis transforment ces composants en polyuréthane par le biais d’une réaction chimique. Le processus se déroule dans un appareil dans lequel, en plus du polyol et du polyisocyanate, des additifs spéciaux sont ajoutés selon une formule spécifique, ce qui permet d’obtenir le mélange chimique final souhaité.
Aujourd’hui, il existe différentes techniques de transformation, souvent liées à l’utilisation de différents équipements. L’une des plus utilisées pour la production industrielle à grande échelle est le moulage par injection réactionnelle (MIR), qui repose sur l’utilisation d’une unité de moussage à haute pression. Ce procédé permet d’obtenir des mousses microcellulaires, microporeuses et donc presque solides dans des temps de cycle extrêmement courts.
Processus de moulage par injection de réaction (MIR)
Technologie de dosage et de mélange
Les deux principaux composants, à savoir le polyol, le polyisocyanate et tous les additifs, stabilisants, retardateurs de flamme, pigments et autres, qui sont essentiels à la réaction moussante, sont contenus dans des réservoirs de stockage et sont transférés juste avant la production dans des conteneurs appelés réservoirs d’alimentation (ou réservoirs journaliers). Les réservoirs d’alimentation sont équipés d’un système efficace de contrôle de la température, car les fluctuations de température, en particulier des polyols, entraînent une variation de la viscosité, ce qui peut poser des problèmes lors de la phase de production suivante. C’est pourquoi les réservoirs d’alimentation ont généralement une structure à double paroi et sont équipés de circuits d’agitation et de contrôle de la température capables de garantir que la température souhaitée pour le processus est maintenue constante.
Des pompes doseuses, alimentées par les réservoirs d’alimentation, acheminent ces composants dans les proportions souhaitées depuis les réservoirs journaliers jusqu’à la tête de moussage. Ce mélange est ensuite distribué à travers la tête de moussage d’un moule ouvert ou dans la cavité d’un moule fermé. Une fois le temps de réaction écoulé, le produit fini est démoulé.
Dans une unité de moussage à haute pression, avant chaque cycle de mélange et de remplissage, les composants sont continuellement recirculés dans les proportions et à la pression requises pour l’injection, les actionneurs à commande électronique pouvant dévier le flux du circuit de recirculation vers le circuit d’injection, puis à nouveau vers le circuit de recirculation.
Pompes
Le dosage des composants dans les proportions souhaitées doit être reproductible et s’effectuer avec une grande précision grâce à l’utilisation de pompes de haute précision. Les pompes à pistons axiaux permettent d’obtenir des débits de 12÷150 litres/min, avec un faible niveau de bruit. Une limitation notable des pompes à pistons axiaux est constatée lorsque les liquides à pomper ont une viscosité élevée. En outre, les composants liquides ne doivent pas contenir de charges abrasives.
Tête moussante
L’équipement le plus important d’une machine de moulage par injection et par réaction est la tête de moussage. Il convient de noter que la méthode extrêmement avancée de mélange des composants par choc à haute pression a permis d’obtenir des temps de production très courts pour la production de mousses de polyuréthane. Les vitesses des composants à travers les buses d’injection varient de 100 à 150 m/s. Les composants liquides sont injectés par les orifices dans la chambre de mélange, où ils se mélangent intimement sous l’effet de leur énergie cinétique.
En outre, les têtes de moussage à haute pression sont équipées d’un système de recirculation des composants capable de bloquer la distribution du mélange de polyuréthane ou de la synchroniser avec précision dans le cadre d’un processus de production discontinu. Lorsque la tête de moussage est en position de recirculation, les composants s’écoulent dans les réservoirs d’alimentation par les petits conduits laissés ouverts par le mouvement du piston.
Une fois le piston retiré, la chambre de mélange s’ouvre et les composants entrent en collision les uns avec les autres.
Lorsque le piston de commande avance à nouveau, le mélange est interrompu, la recirculation est rétablie et le mélange réactionnel restant est éliminé.
Installations de production
Un système de production comprend essentiellement la machine de moulage par injection et de réaction (réservoirs d’alimentation, pompes de dosage/recirculation, tête de moussage, etc.), un moule et, si nécessaire, des équipements supplémentaires. En outre, les systèmes de production de panneaux sandwiches sont classés comme étant soit continus, soit discontinus (dans le moule).
Systèmes de production discontinue – Moulage dans le moule
Dans le cas du moulage dans le moule, le panneau est fabriqué dans un moule fermé dont les dimensions sont celles du panneau fini. Les moules sont généralement dotés d’une structure de fond solide et d’un couvercle de fermeture. En outre, ils doivent être de construction robuste, car la phase de solidification de la mousse s’accompagne de pressions très élevées.
Avant le moussage, les surfaces métalliques (déjà profilées) sont placées dans le moule ; la surface inférieure est étalée sur le fond du moule tandis que la surface supérieure est placée en position et soutenue par des supports latéraux appropriés.
Le couvercle du moule est ensuite abaissé et fermé sur la structure inférieure. À ce stade, une quantité exacte de mousse est pulvérisée dans la cavité par une buse située sur le côté du moule ; cette opération ne prend que quelques secondes.
Une fois le moussage terminé, le panneau est laissé dans le moule pendant environ 40 minutes, puis le moule peut être retiré et préparé pour la production du panneau suivant.
L’avantage de cette méthode est qu’elle permet de produire des panneaux de forme complexe, d’améliorer l’aspect extérieur des surfaces et d’utiliser d’autres matériaux de départ ; le principal inconvénient réside dans le fait que le processus est relativement lent, ce qui a une influence négative sur la cadence de production.
Systèmes de production en continu
Pour la production à grande échelle, des lignes automatiques de moussage en continu sont utilisées. Deux feuilles de métal, qui formeront les surfaces du panneau, sont obtenues par le mouvement rotatif des “bobines” et passent à travers les rouleaux de moulage capables de reproduire le profil de la surface et les détails des bords.
Ils sont ensuite chauffés à une température de ~40°C, ce qui est une condition préalable à l’adhésion optimale de la mousse aux surfaces métalliques. Le mélange réactionnel, produit par la machine à mousser à haute pression, est distribué par un mouvement oscillant sur la surface inférieure, avant que la feuille n’entre dans la presse à double bande.
La presse à double bande est un moule mobile qui résiste aux pressions qui se développent pendant la phase de durcissement de la mousse et qui maintient les deux surfaces à la distance requise (Fig. 3.14). C’est dans la presse à double bande que la mousse est collée à la surface supérieure métallique profilée. En effet, les mousses PUR et PIR sont très actives en termes d’adhésion et adhèrent fortement aux surfaces avec lesquelles elles entrent en contact.
Lorsque le panneau continu sort de la presse à double bande, la mousse est durcie et peut être coupée à la longueur voulue à l’aide d’une scie à ruban.
Chacun des panneaux est envoyé à la machine d’empilage (Fig. 3.15), où ils sont empilés dans la meilleure configuration possible afin d’obtenir un paquet d’une hauteur acceptable.
En général, les panneaux de couverture, qui se caractérisent par une surface extérieure fortement profilée, sont empilés de manière à ce que leur surface extérieure soit en contact avec la surface extérieure d’un panneau d’un côté, et que leur surface intérieure soit en contact avec la surface intérieure d’un autre panneau du côté opposé.
Les panneaux empilés sont ensuite emballés pour l’expédition à l’aide d’un film étirable en polyéthylène, qui est enroulé autour du paquet de panneaux à l’aide d’une enrouleuse à anneau rotatif.
Cette installation peut produire environ 500 000 m2 de panneaux sandwich en une seule équipe à une vitesse moyenne de 6 m/min.
Les vitesses de production varient en général de 2 à 15 m/min ; la vitesse de production dépend de l’épaisseur finale du panneau sandwich à produire, car plus l’épaisseur requise est élevée, plus le panneau lui-même doit rester longtemps à l’intérieur de la presse à double bande pour que la mousse adhère complètement, et plus la vitesse de la ligne de production doit donc être faible.
Lorsque le matériau isolant est constitué de laine minérale (ou d’une autre résine rigide), le panneau composite est produit essentiellement par le même procédé que celui utilisé pour la production des mousses de polyuréthane et de polyisocyanurate. Dans ce cas, une solution simple consiste à découper la dalle en bandes (feuilles) perpendiculaires à l’orientation des fibres et d’une largeur égale à l’épaisseur souhaitée du panneau. Ces bandes sont ensuite tournées de 90 degrés afin d’être assemblées pour former des panneaux dont les fibres sont orientées normalement sur les surfaces extérieures, comme le montrent les figures 3.20 et 3.21. Cette technique confère au panneau composite les caractéristiques finales souhaitées en matière de résistance à la compression et à la traction. Quoi qu’il en soit, une nouvelle technique en cours de développement et d’utilisation est basée sur l’utilisation de la totalité de la dalle de laine minérale comme matériau isolant.
Les plaques de laine minérale sont usées de manière décentrée sur les surfaces métalliques. Le décalage est nécessaire pour éviter que les plans de coupe des feuilles individuelles se trouvent tous dans la même section transversale du panneau, ce qui entraînerait une détérioration significative des caractéristiques de résistance au cisaillement du panneau lui-même.
Les panneaux de laine minérale et les surfaces sont ensuite collés à l’aide d’une substance adhésive appropriée, choisie en fonction de la composition des matériaux à coller et du processus de production.
Deux types d’adhésifs sont utilisés :
Les adhésifs à base de solvant sont appliqués par pulvérisation sur les deux surfaces à coller. Ils présentent de bonnes caractéristiques d’adhésion et le temps de durcissement peut être encore réduit en appliquant une légère pression et une plage de température. Ces adhésifs ont l’avantage d’être faciles à manipuler. Son inconvénient est que la position relative des couches collées ne peut pas être corrigée ;
Les adhésifs à base de résine époxy ou polyuréthane sont obtenus à partir de deux composants mélangés in situ. Après un temps prédéfini, ils réagissent de manière improvisée et durcissent rapidement. L’avantage de ces adhésifs est la possibilité de corriger la position des couches à coller. L’inconvénient réside dans le fait qu’ils doivent être maintenus dans la position choisie sous pression pendant un certain temps.
La phase de collage a lieu pendant le passage du panneau continu dans la presse à double bande. Les panneaux sandwichs ainsi produits se caractérisent également par une grande résistance au feu.
