Incorporation des additifs BCP en procédé BMC

Les vitesses de rotation indiquées pour la formulation des pâtes sont adaptées aux échelles pilotes

BMC et SMC (à l’échelle du laboratoire les vitesses indiquées sont multipliées par deux pour réaliser des mélanges d’homogénéités similaires).

IV.8.1. Incorporation des additifs BCP en procédé BMC

Le BCP peut être incorporé dans le disperseur lors de la formulation de la pâte (ce qui correspond à une incorporation dans le mélangeur principal en procédé industriel) ou bien plus tard dans le malaxeur lors de la mise en œuvre du compound.

Lorsque le BCP est incorporé dans le disperseur, les compounds sont préparés à l’aide du procédé conventionnel de malaxage, par imprégnation des fibres de verre à l’aide d’une pâte homogène en BCP. Lorsque le BCP est incorporé dans le malaxeur, ce procédé doit être légèrement modifié.

Des compounds contenant jusqu’à 30% de BCP par partie organique ont pu être réalisés, tous ces compounds ayant été très bien imprégnés.

En procédé BMC industriel, on rappelle que la viscosité de la pâte doit être inférieure à 1000 Pa.s pour être acheminée par écoulement du mélangeur jusqu’au au malaxeur (|η*| à 1 rd/s, procédé conventionnel à 25°C). Dans le cas d’une pâte + BCP trop visqueuse à 25°C pour être compatible avec le procédé industriel de mise en œuvre, il est alors plus simple d’incorporer le BCP au niveau du malaxeur plutôt que de chauffer la ligne d’acheminement.

 BCP incorporé dans le disperseur lors de la formulation de la pâte (mélangeur principal en procédé industriel)

Un BCP incorporé dans le disperseur au cours de la formulation de la pâte peut être introduit avant ou après les charges, en solution dans le styrène ou à l’état pur sous forme de poudre ou de granulés.

Procédé d’incorporation du BCP : solution BCP/St incorporée dans le disperseur avant les charges L’homogénéisation de systèmes UPR + BCP visqueux à l’aide d’un système de mélange seaua/adisperseur peut être difficile car un gel a tendance à tourner autour de la pale. Une vitesse de rotation très élevée doit être utilisée dans ce cas. Les charges et le démoulant étant dispersés dans ces systèmes visqueux, leur dispersion doit également être réalisée avec une grande vitesse de rotation.

 Composés liquides (UPR (65/35), BCP/St, styrène additionnel, agent mouillant et dispersant, amorceur TBEC, inhibiteur PBQ /St) :

3 min de mélange, ω=1200 tr/min  Démoulant :

30 s d’incorporation (sous agitation) + 1 min de mélange, ω=1200 tr/min  Charges :

4 min d’incorporation (sous agitation) + 3 min de mélange, ω=1200 tr/min

Nomenclature : pâte + x% BCP

Des compounds très bien imprégnés ont pu être réalisés avec ces pâtes dans le malaxeur bras en Z à l’aide du procédé conventionnel de malaxage.

Nomenclature : BMC + x% BCP

Cas d’un BCP solide incorporé pur dans le disperseur avant les charges

L’incorporation d’un BCP pur solide avant les charges n’a pas été étudiée, la dissolution dans la résine d’un BCP solide étant assez longue (plusieurs heures de mélange à température ambiante sont nécessaires).

Procédé d’incorporation du BCP : solution BCP/St incorporée dans le disperseur après les charges Incorporer le BCP après les charges semble être plus efficace que de l’incorporer avant ces dernières car un mélange chargé ne tourne pas autour de la pale comme un mélange UPR + BCP visqueux. De plus, les charges et le démoulant sont dispersés dans un système fluide. L’inconvénient d’incorporer un BCP en solution après les charges est de devoir réaliser une solution BCP/St très concentrée (ce qui n’est pas toujours possible) car si la part de styrène incorporée avec le BCP est trop grande, il est alors impossible d’incorporer toutes les charges lors de l’étape précédente.

Composés liquides (UPR (65/35), styrène additionnel, agent mouillant et dispersant, amorceur TBEC, inhibiteur PBQ /St) :

3 min de mélange, ω=700 tr/min  Démoulant :

30 s d’incorporation (sous agitation) + 1 min de mélange, ω=700 tr/min  Charges :

1 min 30 d’incorporation (sous agitation) + 3 min de mélange, ω=700 tr/min  BCP/St :

5 min de mélange, ω=700 tr/min

Procédé réalisé à température ambiante. BCP utilisé : A¹⁴(AD₅₂)¹³ Nomenclature : pâte + x% BCP’

Un compound très bien imprégné a pu être réalisé avec la pâte étudiée dans le malaxeur bras en Z à l’aide du procédé conventionnel de malaxage.

Nomenclature : BMC + x% BCP’

Procédés d’incorporation du BCP : BCP solide incorporé pur dans le disperseur après les charges Un BCP solide peut également être incorporé pur après les charges. Les charges et le démoulant sont dispersés dans un système fluide et l’homogénéisation du BCP est facilitée par la présence des charges. Incorporer le BCP pur évite d’avoir à le mettre en solution et permet de préparer des compounds très riches en BCP même si ces additifs ont des masses molaires relativement élevées. Cependant le temps de mélange du BCP doit être augmenté afin de permettre une dissolution complète de la poudre ou des granulés incorporés. Une vitesse d’agitation élevée est utilisée afin de

limiter ce temps de dissolution. Un BCP incorporé sous forme de poudre engendre logiquement une

dissolution plus rapide qu’un BCP incorporé sous forme de granulés.

Composés liquides (UPR (65/35), styrène additionnel, agent mouillant et dispersant, amorceur TBEC, inhibiteur PBQ /St) :

3 min de mélange, ω=700 tr/min  Démoulant :

30 s d’incorporation (sous agitation) + 1 min de mélange, ω=700 tr/min  Charges :

1 min 30 d’incorporation (sous agitation) + 3 min de mélange, ω=700 tr/min  BCP poudre (Ø=300 µm) :

10 min de mélange, ω=1200 tr/min (la moitié du BCP est incorporée au début puis l’autre

moitié au bout de 5 minutes) BCP utilisé : A²¹(MD₃₁)₂¹¹

Nomenclature : pâte + x% BCP p’ Ou :

 BCP granulés (granulés de 3 mm de longueur et 2 mm de diamètre en moyenne) :

20 min de mélange, ω=1300 tr/min (la moitié du BCP est incorporée au début puis l’autre

moitié au bout de 10 minutes)

BCP utilisés : A¹⁴(MD37)¹⁶,A²⁶(MD42)³², A³⁴(MD35)2⁴⁶ Nomenclature : pâte + x% BCP g’

Procédés réalisés à température ambiante (bien que la température des pâtes augmente au cours du mélange).

Une augmentation de la température du mélange est générée par l’agitation à vitesse élevée de la pâte visqueuse au cours de la dissolution du BCP. Cet auto-échauffement facilite la dissolution du BCP solide. Dans le cas d’un BCP incorporé sous forme de poudre (10 min de dissolution à 1200 tr/min), la température à cœur est d’environ 60°C en fin de formulation. Dans le cas d’un BCP incorporé sous forme de granulés (20 min de dissolution à 1300 tr/min), la température à cœur des pâtes les plus visqueuses est d’environ 70°C voire 80°C, ce qui est un peu élevé pour ce genre de système (évaporation du styrène, consommation de l’inhibiteur…). Cette température pourrait cependant être réduite par diminution de la vitesse d’agitation (tout en allongeant la durée de mélange), en utilisant un réfrigérant ou en utilisant un autre système de mélange. Néanmoins, la réactivité mesurée au cours du moulage n’est pas significativement différente de celle des pâtes préparées sans échauffement. L’inhibiteur n’a donc pas été consommé de façon conséquente au cours de la formulation. La perte en styrène devrait cependant être supérieure à celle d’un procédé de formulation conventionnel. L’influence de cette perte en styrène sur les propriétés des composites polymérisés est cependant négligée.

Des compounds très bien imprégnés ont pu être réalisés avec ces pâtes dans le malaxeur bras en Z à l’aide du procédé conventionnel de malaxage.

 BCP incorporé dans le malaxeur lors de la mise en œuvre du compound BMC

Un BCP incorporé au cours de la mise en œuvre du compound BMC dans le malaxeur peut être incorporé avant ou après les fibres de verre (une fois la pâte introduite dans le malaxeur).

Cas d’un BCP incorporé dans le malaxeur avant les fibres de verre

Ce procédé n’a pas été étudié. En pilote BMC, un BCP incorporé sous forme de granulés pourrait bloquer les pales (l’entrefer de 0,5 cm du malaxeur est trop faible). Le BCP peut cependant être incorporé sous forme de poudre ou dissous dans du styrène. Un malaxeur étant par sa géométrie plus adapté qu’un système disperseur / seau pour homogénéiser un système très visqueux, cette méthode d’incorporation du BCP présente un certain intérêt même si elle n’a pas été étudiée.

Procédé d’incorporation du BCP : solution BCP/St incorporée dans le malaxeur après les fibres de verre

Le procédé conventionnel de mise en œuvre des compounds BMC est légèrement adapté afin de permettre l’incorporation de la solution BCP/St :

 Pâte :

Une pâte sans BCP (pâte 0%) très fluide et préparée de façon conventionnelle est déversée dans le malaxeur.

 Fibres de verre :

1 min d’incorporation des fibres de verre dans la pâte (sous malaxage) + 2 min de malaxage, ω=25 tr/min

 BCP/St :

30 s d’incorporation + 2 min 30 de malaxage, ω=25 tr/min Procédé réalisé à température ambiante. BCP utilisé : A¹⁴(AD₅₂)¹³ Nomenclature : BMC + x% BCP’’

Un compound homogène en termes de viscosité et logiquement très bien imprégné a pu être réalisé à l’aide de ce procédé.

Cas d’un BCP solide incorporé pur dans le malaxeur après les fibres de verre

Ce procédé n’a pas été testé dans cette étude. Il parait cependant difficile de dissoudre relativement rapidement un BCP solide dans un compound BMC rendu très visqueux par la présence de fibres de verre entrelacées et imprégnées.