Le rotomoulage est un procédé de mise en forme des matières plastiques.

La matière première, le plastique sous forme de poudre ou le plastisol PVC sous forme liquide, est chargée dans un moule pour reproduire la forme intérieure de ce moule dont le volume peut aller de 0, 1 à 50 000 litres.

Les matières les plus utilisées sont le PE et le plastisol PVC, mais il est aussi envisageable de transformer du polypropylène, du polycarbonate, des polyamides, etc.

Principe

Le processus de transformation comporte quatre phases :

• le remplissage du moule ;
• la cuisson de la matière plastique ;
• le refroidissement de la matière plastique ;
• le démoulage.

Remplissage moule empreinte à coquilles

Le moule, composé de deux demi-coquilles ou plus (moule à forme complexe) en acier ou en aluminium, est rempli de matière plastique en poudre micronisée, dont le poids correspond à celui de la pièce à obtenir. Le moule est ensuite fermé avec différents dispositifs de verrouillage (vis écrou, sauterelles, etc. ), et a été au préalable fixé sur un dispositif mécanique nommé bras de rotation qui lui sert à tourner simultanément autour de deux axes orthogonaux ; la machine porte le nom de rotomouleuse.

Cuisson de la matière en poudre

Une fois le moule fermé, il est mis en mouvement. Les vitesses de rotation étant faibles, l'effet de la force centrifuge est négligeable. La totalité moule et matière est chauffé par apport de chaleur au moyen de rampe à gaz, de panneau infrarouge ou par convection forcée dans un four. Le moule transmet les calories à la matière qui fond et se répartit uniformément à l'intérieur du moule.

Refroidissement

La solidification de la matière est obtenue en projetant sur le moule de l'air ambiant (ventilation) ou de l'air avec un brouillard d'eau (micropulverisation). Le refroidissement continue jusqu'à durcissement du thermoplastique.

Démoulage

Quand la pièce obtenue est suffisamment refroidie, on ouvre les raccords rapides, on soulève la partie mobile du moule et on extrait la pièce qui reproduit précisément l'architecture interne du moule. Pour les plastiques thermoplastiques, il est intéressant de retirer du moule la pièce toujours chaude pour profiter de sa malléabilité (étant au-dessus de la Tg).

Utilisations

Le rotomoulage est une technique qui sert à faire la majorité des formes envisageables simples ou complexe sans collage ni soudure :

• des corps creux totalement fermés ou ouverts ;
• des contenances de 0, 8 à 175 200 L (limite théorique démontrée par le laboratoire Mines de Paris SUPALEX Matériaux)  ;
• des épaisseurs de 0, 5 à 120 mm ;
• des doubles parois, avec possibilité de remplissage par de la mousse ;
• des parois multicouches ;
• des inserts et des broches où on veut ;
• des assemblages et collage de pièces et/ou d'accessoires.

Cette technique trouve des applications dans de nombreux secteurs :

• jouets : ballons, poupées, voitures miniatures, etc.
• réservoirs, citernes ;
• mobilier ;
• canoës, planches à voile ;
• carters ;
• satellites ;
• ordinateurs.

Le rotomoulage

Le moulage de matières plastiques par rotation est l'une des façons de produire des pièces à base de polymères. Les pièces produites par ce procédé sont creuses. Le procédé sert à réaliser des formes complexes. La conception des pièces doit être pensée pour convenir non seulement à l'usage final ainsi qu'au procédé de moulage. Le design des moules est particulièrement important pour favoriser le moulage et le démoulage des pièces. À la conception du moule, il faut tenir compte de tout ce qui peut diminuer les opérations de conformation de la pièce finale (la main d'œuvre ayant un coût non négligeable). Les domaines d'application du rotomoulage sont particulièrement nombreux : travaux publics, assainissement, automobile, jouets, nautisme, mobilier urbain, équipement industriel.

Les déformations liées aux formes complexes des pièces sont fréquemment complexes à prévoir. Le démoulage des pièces non libres dans les moules doit se faire rapidement pour que les contraintes mécaniques appliquées par les inserts ou autres formes de retenue ne viennent pas contrarier le retrait naturel de la pièce. L'idéal serait que la pièce soit toujours à 40-50 °C au moment du démoulage. Certaines formes ou gabarits de conformation peuvent être utilisés pour canaliser le retrait et maintenir des dimensions requises lors de l'utilisation finale de la pièce.

Le design des moules

L'étude des moules est essentielle et doit tenir compte au plus prêt de ce que sera la pièce définitive, de son utilisation et des contraintes qui lui seront appliquées. Les moyens de finition de la pièce doivent être prévus (inserts, filetages et défonçages, etc. ).

Les moules peuvent être de différentes matières (tôle de fer, aluminium). Les moules de forme simple (réservoirs, boites, containers) peuvent être fabriqués en tôlerie. Les moules en aluminium sans formes complexes peuvent être fait par usinage.

Dès que le design de la pièce finale se complique, il y a production d'une maquette en bois pour tirer des croûtes qui serviront à couler les différentes parties du moule en aluminium. Le métier de modeleur sur bois est fréquemment impliqué à ce stade de la réalisation. Au moment de la conception du moule il faut prendre en considération les différents retraits qui s'appliqueront jusqu'à l'étape finale de la pièce à produire. Le retrait de l'aluminium en coulée puis le retrait de la matière plastique utilisée pour produire la pièce peuvent en cumulé représenter 4, 5 à 5 %. À l'intérieur du moule, il ne faut pas de contre-dépouille en particulier si la matière plastique utilisée a un faible retrait (cas des polycarbonates). L'ensemble des angles doivent être rayonnés et les plus ouverts envisageable. La règle veut qu'il n'y ait jamais d'angles inférieurs à 45°. Le nombre des plans de joints ne doit pas être sous évalué. La disposition des plans de joints a aussi son utilité tant sur la facilité du démoulage mais également sur l'esthétique. Même non utilisés lors du processus normal de démoulage, les plans de joints peuvent largement servir lors de l'entretien des moules et lors d'incidents pouvant survenir lors du démoulage. La qualité de l'outillage, par conséquent des pièces, dépend de la bonne maîtrise de sa conception. L'étude de l'outillage est réalisée par le bureau d'études suivant les spécificités de la technique de transformation choisie. Les formes de la pièce et l'aspect de finition désiré vont définir la nature du matériau à utiliser (aluminium coulé, acier chaudronné, matériaux composites) et le nombre de parties d'outillage ou parties usinées nécessaires au démoulage. Selon l'épaisseur de la pièce à obtenir, il faut s'assurer que le moule peut contenir le volume de matière première dans sa configuration ouverte au poste de chargement. L'épaisseur de la pièce est directement liée au volume de poudre chargé. Diminuer ou augmenter l'épaisseur d'une pièce revient à agir de manière linéaire sur le poids de matière chargé dans le moule.

La finition des moules

Les moules peuvent être de différentes matières (tôle de fer, aluminium).

L'état de finition des moules donne l'aspect final de la pièce.

Les plans de joints ont une grande importance non seulement sur la qualité finale mais également sur l'aspect. Les plans de joints assurent l'étanchéité du moule et concourent par conséquent à l'aspect final. Un défaut de fermeture génère un passage de matière qui nécessite de l'ébarbage et laisse ainsi une marque plus ou moins visible et cela sans compter les effets de bullage qui fréquemment en résultent.

Des inserts peuvent être posés pour convenir aux fonctionnalités finales de la pièce. Les parois internes du moule qu'elles soient lisses ou structurées donnent un aspect plus ou moins esthétiques. Après traitement par ponçage, sablage ou microbillage, l'intérieur du moule sera paré d'un agent de démoulage.

Le rôle des évents

Chaque moule est équipé d'au moins un évent.

L'objectif de l'évent est de garder l'équilibre de la pression à l'intérieur du moule. Au moment de la chauffe, l'évent évacue l'atmosphère gazeuse hors du moule. Au moment du refroidissement l'air entre dans le moule et ainsi évite à la pièce d'être en dépression. Un évent bouché peut amener la pièce à être bullée au niveau des plans de joints. Lors du refroidissement un évent bouché peut entraîner des bulles de surface au niveau des plans de joint mais toujours entraîner une déformation par effondrement des parois de la pièce en sous dépression. Des parois concaves mettent en évidence un manque de pression au sein de la pièce au moment du refroidissement. L'entretien du bon état des évents se fait à chaque cycle au moment du déchargement de la pièce moulée avant fermeture du moule qui est rechargé en matière première. La position de l'évent est plutôt centrée sur une partie de la pièce qui subira une transformation avant usage. Étant donné que l'évent est centré comparé à la partie usinée, son empreinte pourra servir au centrage ou au guidage de l'outil de transformation. La longueur de l'évent est choisie de manière à se situer au centre de la pièce sans pouvoir entrer en contact avec la paroi opposée et de longueur suffisante pour traverser la vague constituée par la matière en fusion. Un évent trop court risque de ne pas remplir son rôle au moment de la solidification de la matière qui viendrait ainsi l'obstruer.

La pose d'inserts

Dans leur utilisation finale, les pièces rotomoulées doivent fréquemment être fixées ou complétées par d'autres sous ensembles et appareillages. Cette fonction est assurée par des inserts moulés dans la matière plastique.

L'étude de la forme des inserts doit tenir compte des contraintes mécaniques qui seront appliquées. Ces contraintes sont surtout de deux ordres : la rotation et l'arrachement.

Le maintien des inserts peut être rigide ou souple. On préférera le montage souple qui lors du refroidissement de la pièce dans le moule évitera partiellement des déformations. Le montage souple se fait par enfilement d'un ressort sur la tige de maintien de l'insert. L'avantage est double : l'insert est maintenu plaqué contre la paroi du moule et lors du refroidissement la pièce subit de manière moindre l'effet de retenue qui est fréquemment source de déformation non prévue.

Dans les moules en aluminium il faut assurer la traversée de moule par un canon en acier. Les montages et démontages successifs auraient un effet abrasif néfaste. En s'agrandissant par friction le passage de fixation provoquerait une entrée d'air néfaste au processus. Dans le cas d'inserts devant être tenus à distance de la paroi du moule pour inclusion totale, on prévoit un insert lisse additionnel qui sera retiré lors du démoulage ou perdu dans la matière.

Inserts de mise en forme

Certains inserts fixes ou mobiles peuvent être posés dans les moules pour apporter des fonctions utiles à la pièce moulée :

• pas de vis ;
• avant trou aveugle ;
• logement de réservation pour composants spécifiques ;
• trous débouchants pour traversée de pièce ;
• épargnes de moulage en PTFE (téflon)

Ces inserts ne sont pas conçus pour demeurer dans la pièce mais à faire des empreintes d'aménagement.

Voir aussi

• Acrystal

Liens externes

• AFR - Association Francophone du Rotomoulage Site officiel
• Études sur le rotomoulage par l'ENSAM
• Qu'est ce que le rotomoulage ?

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