Les résines et les silicones

Par Laurent

 

Les résines de coulées.

On distingue plusieurs types de résines :
-époxydes EPO
-polyuréthanes PU
-autres types, classées par applications (bois, dérivés métalliques)

Composition :
La chimie des résines est spécifique à l'emploi pour lesquelles elles sont conçues. Néanmoins, les résines époxy sont toujours exclusivement composées d'une base résine et d'un catalyseur chimique, qui, mis en contact sous certaines proportions avec la base, produira une catalyse et un durcissement (plus ou moins long suivant la dose de catalyseur adjoint) irréversible du matériau.
Les résines polyuréthanes sont composées de deux bases chimiques (Polyol et Isocyanate) qui mises en contact l'une de l'autre suivant des proportions précises, génèrent une réticulation, donc un durcissement, par thixotropie (élévation de la température en rapport avec la masse et évacuation de certaines quantités d'oxygène)irréversible. Contrairement aux résines époxy qui nécessitent une mise en œuvre compliquée si on désire obtenir un matériau spécifique (caractéristiques mécaniques, résistance à certains facteurs…)
Les résines PU, sont déjà spécifiquement formulées et classées en types ou sous types précis. Certains types de résines PU sont formulés afin de reproduire des thermoplastiques courants (ABS, PP, PC, PS choc…)

Types de résines PU

F Fascast, Résines a prise rapide. (Pot Life, PL, de 2 à 8 min.)
PX résines particulières uniquement applicables à la coulée sous vide, pour reproduction et imitation des thermoplastiques courants tels que ABS, PP, PMMA, PC, PS choc ou PA6.(PL de 2 à 15 min)
UR Uréoles à caractéristiques mécaniques élevées (résistance T°) (PL de 4 à 240 min)

Les résines de modelage les plus utilisées sont les types F (FASTCAST ou prise rapide). Leur viscosité est faible. Elles peuvent êtres mises en œuvre sans préparation particulière (dégazage préliminaire, mise en chauffe…) Elles se mélangent très bien, du fait de l'indice similaire de viscosité des deux parts.
La réticulation peut être fortement accélérée par chauffage du moule ou/et des deux parts (P et I) séparées avant mélange.

Mise en œuvre

Les résines EPO, sont difficilement " coullables ", leur prise étant très rapide en masse et leur viscosité trop élevée. Leur emploi est limité à la stratification des fibres de verre et assimilés, fibres de carbone, de pièces de structure, de pièces de " peau " (Radômes, plaques, caisse ou aile de voiture…)

Les résines PU offrent d'immenses facilités de moulage et une qualité de reproduction extrême. La mise en œuvre est aisée avec de faibles moyens. Leur retrait, quoique négligeable pour les coulées en faible épaisseur, doit être pris en compte dès lors que la masse dépasse les 10 à 15 mm, à la plus forte épaisseur. Au delà, de la " charge " doit être ajoutée.
(De 0.2 à 2 % au mètre linéaire suivant les produits).
Elles peuvent êtres chargées avec un grand nombre de matériaux, allant de la fibre de verre aux poudres de métal (fonte, acier, alu…), poudres minérales (filitte, marbres talc etc), agents d'inhibition ou agents à caractéristiques particulières.
Ex : Le cahier des charges (exigences clientèle, domaine technique) demande que le matériau réponde aux normes aéronautiques FAR 25 (non dégagement de vapeurs nocives à la flamme, non conduction de flamme, non dégagement de flammes). En conséquence, une charge appropriée de produit adapté doit être ajouté à la résine de base, avant mélange et coulée. (Par ex. dans la part de résine la plus fluide)
Elles offrent une large gamme de duretés et de caractéristiques mécaniques

Coulée d'objets en résine

La coulée (manuelle)
Dans un moule, quelque soit sa forme, la résine doit pouvoir être coulée librement, sans incorporer ou emprisonner d'air parasite. L'air captif dans les contre-dépouilles (parties complexes du moule) sera évacué à la coulée, par inclinaison du moule si possible, Dans le cas d'opérations manuelles sous atmosphère ambiant, extraction de l'air au moyen d'une cure (fil de fer, petit bâtonnet).
Dans le cas d'un moule plus complexe, il est courant d'utiliser des seringues jetables en plastique, contenant le mélange de résine c'est la coulée/poussée. Elle permet de faire pénétrer la résine dans tous les recoins du moule.
Le fait de dégazer la résine durant la coulée ou après la coulée, permet de mouler des pièces plus complexes et plus contre dépouillées, l'air captif dans certaines parties du moule ne remontant pas librement. Le dégazage produit une dépression dans l'enceinte de la machine, provoquant la dilatation de l'oxygène parasite et son extraction du moule.

La charge
Dans le cas de pièces massives ou devant répondre à des caractéristiques mécaniques particulières, on peut dans plusieurs cas ajouter de la charge au mélange de résine (de 10 à 400 %). Les charges se composent d'éléments neutres et n'altérant pas la qualité de la résine. La coulabilité peut en être affectée par augmentation de la viscosité.
Différents types de charges :
-poudre d'aluminium ou autres métaux
-poudre de fibre de verre et assimilés
-minéraux tels que talc, calcaire, marbre…

Sécurité d'abord !!
Avant de manipuler des résines PU, EPO ou autres, lire les recommandations du fabricant.
Travailler dans des locaux ventilés vastes ou aérés
Porter des gants en LATEX (chirurgie, MAPA médical etc.…)
Porter des lunettes ( plastique recommandé)
Dans certains cas (résines epo ou spéciales) porter un masque respiratoire à charbons actifs (brun et rouge)
Ne pas laisser de grosses quantités de résine durcir dans des récipients en verre (chauffe et éclatement)

 

Les silicones


On distingue deux types de silicone de moulage.

Polyaddition (Rhodorsil, RTV, RTV2)
Silicone composée de deux parts séparées, de même aspect à mélanger en parts égales
Avantages :
Bonne tenue au déchirement, bonne résistance aux résines les plus agressives.
Possibilité de mouler des métaux à bas point de fusion (BPF)
Inconvénients :
Retrait massique du moule de 4 à 12% après séchage.

Polycondensation (Essil100, 120, 2185 etc…)
Silicone composé d'une base chimique et d'un durcisseur (sel d'étain)
Avantages :
Très bonne tenue au déchirement, pas de vieillissement, bonne résistance aux résines agressives, retrait négligeable (0.2 à 1%), temps de durcissement variable suivant dosage.
Stabilité optimale du moule après 3 à 4 jours.


Mélanges et proportions

Chaque silicone, de quelque marque ou type, requiert des manipulations particulières qui conditionneront la qualité du futur moule.

Lire les notices afférentes aux silicones, fiches de sécurité fournies et respecter les proportions de mélange. Peser chaque part et mélanger la base avec son durcisseur approprié. Afin d'éviter une trop grosse incorporation d'air dans le mélange, mélanger avec une spatule plate en tournant doucement toujours dans le même sens en commençant par les bords et le fond du récipient de mélange.
Laisser reposer quelques instants afin que les quantités d'air trop importantes soient libérées par dégazage naturel.

On préférera un silicone peu visqueux, qui facilitera la remontée de l'air captif sous atmosphère ambiant.
Dans le cadre d'une utilisation avec une pompe à vide, mélanger violemment le silicone et disposer le mélange dans un récipient pouvant contenir cinq fois le volume de mélange.
Disposer le tout sous la cloche de dépression et activer le dégazage.
Le silicone va s'expanser et atteindre un volume important, proportionnel au volume d'air incorporé lors du mélange, puis retomber brusquement jusqu'à son volume initial en dégageant encore de l'air.
Au bout de 2 à 5 min, le silicone est dégazé, prêt à l'emploi…
Il sera coulé sur le modèle, en commençant par le bas du moule, puis dégazé à nouveau (5 min max) afin d'extraire l'air résiduel au contact du modèle.

Le silicone une fois durci ne peut plus être ni recyclé, ni réutilisé. Il n'est pas réversible !

 

Fabrication du moule sans pompe à vide

Contrairement aux principes de fabrication conventionnels, les moules silicones sont fabriqués autour du modèle. (Dans le cas d'un moule métallique, le négatif du modèle est usiné dans la masse.)
Ils autorisent de grandes variétés de coulées et peuvent comporter plusieurs parties (plan de joint complexe, inserts, parties mobiles ou extractibles)

1-Fabrication du coffrage
Disposer le modèle sur une plaque propre et dégraissée (sommier), prévoir les parois du cadre autour du modèle, (à 5 mm minimum du modèle dans la cas d'un moule très petit) par convention, laisser 10mm de chaque coté du modèle.

Le modèle est collé sur une embase qui servira le moment venu, de carotte et de réservoir de résine. Le tout est collé sur le sommier. Les évents de coulée sont prévus au moment de placer le modèle sur l'embase ou à la découpe du moule.


Dans le cas d'une application manuelle (sans pompe à vide) du silicone, on préparera une petite dose de silicone à part, qui sera étendue au pinceau sur le modèle afin d'éviter les bulles de contact et faciliter la reproduction des détails

Le coffrage est disposé autour du modèle. Le silicone de couche est en cours de séchage. Avant de remplir le moule, s'assurer que le silicone de couche est " amoureux " et thyxotropé.
(il doit coller aux doigts, sans pouvoir être enlevé au contact).

Après s'être assuré que le silicone de couche est prêt, couler d'une hauteur d'environ 5 à 10cm (pour assurer le dégazage par extension du silicone) une nouvelle dose de silicone préparé à part

.

Le moule est coulé, il ne reste plus qu'à attendre le durcissement complet de la masse avant d'extraire le modèle du silicone, laissant l'empreinte exacte (exactitude de l'ordre du micron).
Afin de raccourcir le temps de durcissement, il est possible de porter le moule à température, dans un four ou une étuve, à 40°C. Le temps total de prise est alors fortement diminué et peut être ramené à une heure dans le cas de petits moules.
On préférera laisser reposer le tout une nuit complète avant extraction.


2-Extraction du modèle
Afin de pouvoir extraire le modèle il est parfois nécessaire de découper le moule. Cette opération doit être réalisée avec une lame de cutter chirurgical neuve et propre.

Le moule est " tiré ", il a durci …
L'extraction du modèle nécessite dans ce cas la découpe d'un plan de joint/extraction.
Pas de craintes à avoir, le silicone étant élastique, il revient en place naturellement et jointe parfaitement le plan de joint découpé.

Le moule est prêt à supporter les coulées et ce pour un nombre d'environ 20 à 40 coulées en résines dures et agressives et plus de 40 dans le cas de résines plus neutres ou chargées.
Il sera d'autant plus stable et solide en le laissant reposer 2 à 3 jours.

 

Fabrication du moule avec Pompe à vide

 

Le silicone et son catalyseur sont pesés et mélangés dans un récipient pouvant contenir jusqu'à cinq fois le volume initial de silicone. Lors du mélange, il n'est pas utile d'éviter l'incorporation d'air, l'agitation peut être rapide. Le silicone contient alors beaucoup d'air qu'il faut extraire.

Placer le contenant dans la machine et activer le dégazage. L'extension puis la dilatation de l'air contenu dans le silicone vont faire " monter " le produit dans le contenant, jusqu'à rupture de la résistance élastique du silicone libérant ainsi tout l'air captif. Le silicone " retombe " brutalement en dégageant encore l'oxygène captif. Le phénomène s'apparente à une ébullition mais à froid et sans apport d'énergie thermique.

Le dégazage primaire n'excédera pas 5 minutes. Sinon, le risque d'endommagement par évaporation des agents catalyseurs (sels d'étain, alcool) est tel, que le silicone ne peut plus durcir.
Après dégazage, et remise à l'air libre, la surface du silicone doit être lisse, brillante et exempte de bulles.

La préparation est alors versée sur le modèle préalablement disposé dans le coffrage
Dans le cas d'un dégazage " machine ", le coffrage sera prévu plus haut que la limite de remplissage de silicone.
Le modèle est alors complètement immergé. La pression exercée par la masse de silicone fait remonter de petites bulles en surface.
Le coffrage, rempli de silicone jusqu'au niveau prévu sera disposé dans la machine et dégazé de nouveau.
Les dernières bulles captives entre le modèle et le silicone sont extraites par dilatation, occasionnant une légère montée du silicone dans le coffrage (raison pour laquelle la hauteur du coffrage est plus importante que le niveau de silicone)
Le temps moyen de dégazage secondaire est de l'ordre de 1 à 2 minutes.

La fabrication du moule est terminée.

Schéma d'une machine de dégazage (principe)

La machine de base se compose d'une cuve ou cloche, d'une pompe à vide, d'une vanne de mise à l'air libre, d'un couvercle et son joint.
La dépression générée dans la cuve produit une expansion des gaz retenus dans les matériaux et leur extraction en rompant la limite élastique du matériau.
Plus le matériau est souple, plus son expansion (montée) est importante.

 

La coulée

La coulée des résines requiert plusieurs précautions, outres celles prises pour la protection individuelle.

Le mélange

Avant d'ouvrir le contenant des résines, ré-homogénéiser les parts en secouant les bouteilles. Les deux parts de résines doivent êtres précisément pesées. Plus la part de mélange est petite, plus la pesée doit être précise. (Ordre du milligramme).Suivant le type de résine, les parts A et B sont mélangées dans des proportions différentes. (ex :100g de part A pour 55g de part B). Une fois les parts pesées séparément, on procède au mélange de la part B dans la part A.
Par simple agitation ou avec une spatule suivant la viscosité des résines. La chimie de réticulation s'opère immédiatement après le mélange.
Attention au Pot Life !

La coulée

Suivant la complexité du moule, l'incliner de manière à le remplir en évacuant l'air des contre-dépouilles éventuelles. Bien remplir la carotte. Celle-ci sert de réservoir de résine, mais son utilité principale est surtout de faciliter la " balance des masses "c'est à dire la remontée de l'air captif et son extraction du moule. A l'aide d'une cure (tige fine, cure dents, fil de cuivre etc…) dégager les petites bulles prisonnières du moule, elles remonteront d'elles mêmes une fois dégagées de leur cavité, la transparence de la résine est là pour vous aider.
Dans le cas d'une utilisation avec pompe à vide, verser le mélange dans le moule, placer le tout sous la cloche et activer le dégazage.
Une fois les grosses bulles remontées, arrêter la pompe et remettre à l'air libre rapidement.

La coulée est faite.
La résine une fois dure, la copie est prête à être retirée du moule.


Petit lexique

Dépouille : (Principe angulaire de démoulage) par définition, une dépouille est un angle, ou une pente constituant volontairement une pièce ou partie de pièce, facilitant son démoulage, la dépouille étant orientée vers le haut, de façon à ce que la face de coulée soit plus importante que la face de fond de moule. Une pièce comportant une dépouille se démoule beaucoup mieux et endommage moins le moule.

Contre-dépouille : (principe angulaire inverse) La contre dépouille est la raison même d'exister des moules silicones. En effet, dans un moule en dur (métal, résine…). Il ne peut exister de contre-dépouilles, le silicone étant élastique permet de mouler des pièces, même fortement contre-dépouillées (de 1à 6 mm).

Thyxotropie : Nom barbare mais très utile… Signifie la propriété d'un mélange chimique à réticuler, tirer ou durcir, en bref, c'est la phase (accompagnée pour les résines d'une élévation de la température) qui précède le durcissement complet. (Réticulation)

Balance des masses : Peut être apparenté (en gros) à un système de vases communicants. Tend à attirer les particules en suspension dans le moule vers le haut, c'est le but des carottes et évents.

Carotte : La carotte, partie à éliminer, mais constitutive d'une pièce moulée, sert de réservoir de transfert du matériau à couler dans un moule (uniquement dans le cas d'un moule " bateau ". La carotte peut avoir plusieurs formes (tubulaire, carrée…) Lors de la fabrication du moule, elle sert de maintien à la pièce.
C'est la carotte qui dans la plupart des cas a le plus de surface en contact avec la pièce à mouler

Event : (ou cheminée) Comme son nom l'indique, le but principal de l'évent est de faciliter la sortie naturelle, par la poussée générée par le matériau introduit dans le moule, de l'air captif dans les contre-dépouilles ou parties complexes du moule. Il empêche la capture de l'air et donc la formation de bulles sur une copie

Plan de joint : La complexité d'une pièce peut amener à découper le moule afin d'en extraire les copies. C'est le plan de joint. Il peut également être créé directement à la fabrication du moule. (Moule coquille ou complexe)

Dégazage : Procédé permettant la dilatation et l'extraction d'air parasite d'un liquide par abaissement de la pression exercée sur la surface de ce liquide. Propriété d'un produit à évacuer de lui même l'air parasite qu'il contient.

Viscosité : (Indice de viscosité) L'indice de viscosité d'un produit indique la vitesse que ce produit met à couler dans un tube de diamètre et de longueur définie (principe de la colonne d'eau). Plus l'indice de viscosité est élevé, plus le produit est liquide. Les produits très fluides se dégazent mieux voire naturellement pour certains lors du durcissement.

Pot-life : Indique le temps durant lequel la résine est utilisable et donc coulable.
Passé le délai, la résine va " tirer " de manière très rapide, tout d'abord en gélifiant, puis en durcissant.

Irreversion : Les produits tels que les résines et silicones sont irréversibles, c'est à dire qu'il ne peuvent êtres réutilisés une fois stabilisés et durs. Les silicones ne sont pas recyclables, au contraire des résines, qui mises en poudres, constituent de bonnes charges.

Charges : Afin d'obtenir des résines plus solides ou d'aspect différent, il est possible de charger la résine avec des additifs appropriés (aluminium, poudres minérales)
La viscosité augmente en proportion de la charge.
Lors de coulées de pièces massives, il est parfois nécessaire d'ajouter des charges de stabilisation, qui vont permettre l'économie de résine mais surtout, d'éviter une trop forte montée en température. (thyxo trop rapide, risques pour le moule, destruction de la résine)

Module : Le module (module de flexion) est la résistance du matériau, exprimée en daN qui renseigne sur la résistance mécanique du matériau. Plus le module est élevé, plus le matériau est dur.

Shore : On distingue deux échelles shore, Shore A et Shore D. C'est l'indice de résistance à la pénétration d'un corps dans un volume souple (silicone ou élastomère) Il indique le degré d'élasticité d'un volume souple. Plus le nombre de Shore est élevé, moins le matériau est souple. (Ex : silicone env. 30 Shore A)

Pied de coulée : Le pied de coulée est la partie à éliminer de la pièce finie, et qui sert à conduire la résine, par chute en colonne, à la cavité du moule, représentant la pièce à reproduire. Elle doit être de section adaptée à la viscosité des résines et de la taille de la pièce à couler. (Par définition, diam moyen16 mm)

 

Protection de l'environnement

En France, les résines et silicones sont considérés comme des déchets de type plastique, donc classés comme déchets ménager uniquement dans le cas ou ils sont durcis et non réversibles.
Ne jamais verser un composant chimique (Polyol, Isocyanate, durcisseur, silicone base) non stabilisé (c'est à dire non durci ou neutralisé, dans la nature) les dangers pour l'environnement sont très importants. Pollution des nappes phréatiques, terre, plantes, contamination et mort des animaux au contact. Le silicone ne se stabilisera JAMAIS sans durcisseur il met environ 25 ans à disparaître de la surface contaminée, mais pollue les sols. Avant de jeter un pot ayant contenu des produits chimiques, s'assurer qu'ils soient stabilisés et durs, donc inertes. (Par exemple : mélanger les fonds de pots de résine pour les durcir) Sinon, absorber avec des copeaux de bois, ou autres produits absorbants jusqu'à séchage complet et déposer dans un centre de tri approprié pour destruction.

 

Les bêtises à ne pas faire (Parce que je les ai déjà faites)

Outre la protection individuelle, que nous avons déjà vus, il est important de respecter certaines " règles " importantes :

Tout d'abord, travaillez en locaux ventilés afin d'éviter les sempiternels " ferme la porte de l'atelier chéri, ça pue ton truc, qu'est ce qui se passe ici …ect…

Ensuite, travaillez toujours sur un plan de travail dégagé ! C'est bien plus rassurant et je m'explique…
Vous avez préparé vos parts, vous les mélangez, vous vous apprêtez à verser le mélange dans le moule, et là, par inattention, votre main manipulant le godet vient heurter un pot de diluant ou de peinture qui traînait là, à coté de la maquette que vous montiez ce matin…
Résultat :
La résine encore TRES liquide, se renverse et se répands PARTOUT ! Vous obtiendrez certes une superbe sculpture d'art moderne liant chiffon, plastique, un bout de doigt, poils de pinceaux et manche, mini forêts, bout de plan de travail ect... Le tout est très apprécié en galerie d'art, l'effet sur le maquetteux que vous êtes, discutable…

Evitez de vous relever la nuit pour mouler des pièces, préférez un bon bouquin en cas d'insomnies, et surtout, surtout ne moulez pas à proximité d'animaux trop câlins genre chats, chiens furets et autres… Je m'explique…
Le maquettiste moyen, par nature patient que vous êtes ne peut s'empêcher de se relever la nuit pour contrôler que le moule fabriqué quelques heures avant a bien pris ; chouette ! Il est tiré, si on essayait de suite ! Je vous rappelle que votre bureau est encombré. Bon, le master est sorti, le moule est prêt, voilà le chat qui vient se coucher sur vos genoux, du calme minou ! Rien ne peux plus vous arrêter et voila la résine mélangée, votre main droite s'approche du moule, et c'est le moment que choisi minou pour se retourner et bousculer votre bras pour un gros câlin… Plouf, la résine se répand sur le plan de travail, coule sur vos doigts, et file droit sur vos genoux garnis du chat. Je vous rappelle qu'il est plus de minuit et que vous êtes en tenue légère, (vu que vous étiez au lit un quart d'heure avant).
Essayez maintenant d'imaginer ce que c'est que d'enlever un chat gesticulant, collé à la résine sur votre slip favori, mélangé à VOS poils. En gros comptez deux heures de travail et un grand moment de solitude. Sans compter la réaction de madame vous surprenant dans la salle de bains une paire de ciseaux à la main. (Résultat pour vous : Zéro de conduite, pour madame : dix de récitation ; pour le chat, son pelage repoussera tout comme le vôtre).
Avez-vous compris ?

 

Les adresses à connaître :

Wolff : (04.74.81.28.81)
Tout pour le modeleur, de la colle aux résines, et en particulier, un Excellent Silicone ; le 3481, vendu en kit de 1050 g durcisseur compris, aux alentours de 30 Euros TTC.
Le contact recommandé est Mr FULLIN Francis mais uniquement de ma part,
(DIEMUNSCH laurent) sinon, les portes se ferment.

AXSON France :
Facile à trouver sur le net et les fiches de sécurité, impératives sont en format PDF à télécharger.
Une très bonne gamme de résine, leur silicone (Essil 120) est médiocre et fragile.
La meilleure résine au monde pour nous les maquettistes, la F33. Vendue en kit de 1800g,
( 2x900g Polyol et Isocyanate ) elle vous coûtera environ 23 Euros par kit.
Attention, AXSON ne vends pas de Kits de résine séparés, il faut en commander un carton de 6 kits. Pour les clubs, c'est plus simple ; pour les autres, l'adresse suivante est recommandée.

L'ECHEVEAU :
1 Rue de la Monnaie 35000 Rennes, bon magasin pour artistes et modeleurs, contact sympa garanti. Ils livrent partout en France.

 

 

Voilà, devenez tous des " petits chimistes " en puissance et régalez vous !

Laurent