Quand une pièce en caoutchouc ou en plastique est fabriquée rarement et en petits lots, l’outillage pour elle coûte plus que la pièce elle-même. Le polyuréthane coulé supprime cette contrainte : le matériau bicomposant liquide est versé dans un moule et on obtient la pièce finie de la dureté voulue sans outillage de presse de vulcanisation coûteux. L’usine TIMOL fabrique des pièces par la méthode de coulée libre pour de nombreux secteurs, de la construction mécanique à l’industrie alimentaire. Voyons comment fonctionne la technologie, quelles caractéristiques a le polyuréthane coulé et en quoi il surpasse le caoutchouc, l’acier et le plastique de construction.
Ce qu’est le polyuréthane coulé et comment fonctionne la coulée libre
Le polyuréthane coulé est un système bicomposant d’une base polymère et d’un durcisseur isocyanate, mélangés juste avant le versage. Le mélange a une bonne fluidité à l’état liquide et remplit donc un moule de toute complexité, puis se transforme après polymérisation en élastomère élastique résistant à l’usure. C’est précisément la fluidité contrôlée qui permet de couler des pièces sans pression, par la méthode de coulée libre.
La technologie de coulée libre ne nécessite pas de moules de presse et de haute pression comme la vulcanisation du caoutchouc. On remplit le moule sous le propre poids du mélange, donc l’outillage est moins coûteux et le passage entre dimensions est plus rapide. Cela rend économiquement viable même la fabrication à l’unité et en petits lots de pièces sur plan spécifique. Pour la production en petite série et la réparation, où la nomenclature change constamment, cette flexibilité est souvent plus importante que le coût unitaire, car elle permet de satisfaire rapidement le besoin en pièces non standard sans commander d’outillage coûteux à l’extérieur.
Les caractéristiques du produit fini sont définies par la formulation. En changeant la composition et le rapport des composants, on obtient une dureté de 50 Shore A à 70 Shore D : des éléments d’amortissement souples aux supports chargés rigides. Dans la même plage, on contrôle l’élasticité, la résistance à l’abrasion et la résistance chimique selon la tâche spécifique.
Un avantage important de l’état liquide est la possibilité de noyer des armatures et inserts directement dans le corps de la pièce. Un bossage métallique, un insert fileté ou un cadre sont placés dans le moule, et le polyuréthane les enveloppe au versage et forme une pièce monolithique après polymérisation. C’est ainsi qu’on fabrique des roues avec moyeu métallique, des rouleaux sur axe acier, des arbres gainés. La liaison du polyuréthane avec le métal est assurée par un primaire d’accrochage appliqué sur la surface dégraissée préparée avant la coulée. Cela donne une pièce avec un coeur métallique solide et une surface de travail élastique résistante à l’usure dans un seul produit.
Où les pièces en polyuréthane coulé sont utilisées
Le polyuréthane coulé remplace le caoutchouc, le plastique et même le métal dans les noeuds à usure rapide. On y coule des arbres et des poulies pour les chargements mécaniques importants, des roues et rouleaux pour les engins de manutention, des rouleaux de guidage de convoyeurs et transporteurs. Ces pièces résistent à l’abrasif intensif et durent plus longtemps que les analogues en caoutchouc.
Un domaine spécifique est celui des amortisseurs, joints, douilles et silentblocs, où l’élasticité avec retour de forme est importante. Le polyuréthane absorbe les chocs et les vibrations puis restitue sa géométrie, donc ces pièces ne prennent pas de déformation permanente contrairement aux pièces en caoutchouc. En polyuréthane coulé, on fabrique aussi des accouplements, des paliers lisses et des revêtements antiglisse.
Autre application : les moules élastiques et bacs pour couler du plâtre, du béton, de la résine polyester et d’autres matériaux. Le moule en polyuréthane libère facilement le moulé et maintient une géométrie précise de nombreux cycles. La liste complète des produits finis et des domaines d’activité est dans le catalogue de produits en polyuréthane.
Le polyuréthane coulé est aussi largement utilisé pour les revêtements de protection et les surfaces antiglisse. Les trémies métalliques, goulots, aubes et coulisses sont gainés d’une couche de polyuréthane qui reçoit le choc abrasif du matériau en vrac et protège le métal de l’usure et de la corrosion. Ce revêtement prolonge la durée de vie du châssis métallique coûteux et réduit le niveau sonore des chocs des fractions sur les parois. Dans les canalisations, le polyuréthane protège la surface intérieure et extérieure pour ralentir la corrosion et l’abrasion aux points de frottement intensif du flux.
Comparaison du polyuréthane coulé avec le caoutchouc, l’acier et le caprolone
Le polyuréthane coulé l’emporte sur l’ensemble des propriétés : il est plus résistant à l’usure que le caoutchouc, plus léger et plus silencieux que l’acier et plus élastique que le plastique rigide. Le tableau rassemble les caractéristiques d’ingénierie de référence des matériaux qui concurrencent réellement dans les pièces coulées.
| Matériau | Abrasion DIN 53516, mm³ | Temp. service, °C | Densité, g/cm³ | Résistance à la traction, MPa | Rebond élastique, % |
|---|---|---|---|---|---|
| Polyuréthane TIMOL | 38-39 | -60…+100 | 1,05-1,25 | 39-87 | 34-61 |
| Caoutchouc SBR | 100-200 | -40…+80 | 0,94-1,1 | 8-20 | 30-55 |
| Caoutchouc NBR | 80-150 | -30…+100 | 1,0-1,3 | 10-25 | 20-45 |
| Caprolone PA6/PA66 | 30-90 | -40…+100 | 1,13-1,15 | 60-85 | 5-15 |
| Acier de construction | n/d | -40…+500 | 7,7-7,9 | 370-700 | n/d |
Le polyuréthane affiche la plus faible abrasion parmi les élastomères (38-39 mm³) tout en conservant une haute élasticité. Le caprolone est proche en usure mais son rebond élastique n’est que de 5-15 %, donc sous choc il fissure. L’acier gagne en résistance, mais est 6-7 fois plus lourd que le polyuréthane et n’amortit pas les vibrations. Le caoutchouc perd en abrasion et perd plus vite sa forme.
Comment choisir la formulation et la dureté selon la tâche
Le choix de la formulation commence par comprendre la charge principale sur la pièce. Pour les noeuds abrasifs, on prend un polyuréthane plus dur mais élastique dans la partie haute de la plage Shore A, 80-95 Shore A : c’est l’élasticité qui donne la résistance à l’abrasion. Pour les noeuds de choc, on prend des grades Shore A plus souples pour l’amortissement. Pour les amortisseurs, les joints et les moules, on choisit une composition plus souple dans la zone 80-90 Shore A, où l’élasticité et le retour de forme sont importants.
Conseil de l’ingénieur : pour la coulée libre, l’épaisseur de paroi et la géométrie de la pièce sont aussi importantes que la dureté. Les pièces coulées massives monolithiques polymérisent de façon irrégulière et peuvent présenter des contraintes internes, donc une pièce complexe est mieux découpée en épaisseur raisonnable ou la conception est validée avec le technologue à l’avance. Et prévoyez toujours une surépaisseur d’usinage sur les surfaces de portée si une haute précision est requise.
Après le choix de la dureté, le technologue valide la résistance au milieu spécifique. Pour le contact avec les huiles, les acides et les bases faibles, on sélectionne la base appropriée pour que la pièce ne perde pas sa durée de vie. Le type de polyol a aussi son importance : les compositions à base de polyéthers simples tiennent mieux l’humidité et le gel, tandis que les compositions à base de polyéthers complexes donnent une meilleure résistance aux huiles et à la température. Le bon choix de base selon les conditions de service est aussi important que la dureté, car c’est lui qui détermine si la pièce supportera le milieu spécifique. Un aperçu plus large des propriétés selon les conditions est dans la section informations de référence.
Comment commander la fabrication de pièces chez TIMOL
Pour la commande, envoyez le plan ou le modèle de pièce avec les dimensions et les portées, et décrivez les conditions de service : type de charge, milieu de travail, plage de température et dureté souhaitée. Sur ces données, le technologue choisira la formulation du polyuréthane coulé, calculera la géométrie du moule et déterminera les surépaisseurs d’usinage.
La fabrication est possible d’une pièce à des lots en série, y compris les pièces de grand format et les moules élastiques pour la coulée. La technologie de coulée libre rend économique même une commande à l’unité. Pour obtenir un calcul sur votre plan et organiser la fabrication, contactez-nous via les contacts de l’usine TIMOL ou consultez la liste des travaux dans la section services.