Formation
Le moulage de rouleaux en caoutchouc consiste principalement à appliquer une couche de caoutchouc sur un noyau métallique, selon différentes méthodes : enroulement, extrusion, moulage, injection sous pression et injection. Actuellement, en Chine, la plupart des produits sont obtenus par collage et moulage mécaniques ou manuels, tandis que la plupart des pays étrangers ont opté pour l'automatisation. Les rouleaux en caoutchouc de grande et moyenne taille sont généralement fabriqués par extrusion de profils, par moulage par collage continu à partir d'un film extrudé ou par enroulement continu à partir d'une bande extrudée. Lors du moulage, les spécifications, les dimensions et la forme sont contrôlées automatiquement par micro-ordinateur ; certains rouleaux peuvent également être moulés par extrusion à angle droit ou par extrusion de formes spéciales.
La méthode de moulage susmentionnée permet non seulement de réduire la pénibilité du travail, mais aussi d'éliminer les bulles d'air. Afin d'éviter toute déformation du rouleau en caoutchouc lors de la vulcanisation et la formation de bulles et de spongiosités, notamment pour les rouleaux moulés par enroulement, une méthode de pressurisation externe flexible doit être employée. Généralement, la surface extérieure du rouleau est enveloppée de plusieurs couches de tissu de coton ou de nylon, puis fixée et pressurisée à l'aide de fil d'acier ou de corde en fibre. Bien que ce procédé soit désormais mécanisé, l'enroulement doit être retiré après vulcanisation, ce qui complexifie la fabrication. De plus, l'utilisation de tissu d'enroulement et de corde est très limitée et génère une quantité importante de déchets.
Pour les petits rouleaux en caoutchouc, voire les micro-rouleaux, divers procédés de fabrication peuvent être utilisés, tels que le rabotage manuel, l'extrusion-imbrication, l'injection sous pression, l'injection et le coulage. Afin d'améliorer la productivité, la plupart des méthodes de moulage sont désormais privilégiées, offrant une précision bien supérieure aux méthodes sans moulage. L'injection sous pression, l'injection de caoutchouc solide et le coulage de caoutchouc liquide sont devenus les méthodes de production les plus importantes.
Vulcanisation
Actuellement, la vulcanisation des rouleaux en caoutchouc de grande et moyenne taille se fait principalement en cuve. Malgré l'évolution vers des systèmes de pressurisation plus flexibles, le transport, le levage et le déchargement restent très contraignants. Trois sources de chaleur sont utilisées pour le chauffage : la vapeur, l'air chaud et l'eau chaude, la vapeur demeurant la plus courante. Les rouleaux en caoutchouc présentant des exigences particulières, dues au contact de l'âme métallique avec la vapeur d'eau, sont vulcanisés par évaporation indirecte à la vapeur, ce qui allonge le temps de vulcanisation d'un à deux fois. Cette méthode est généralement employée pour les rouleaux à âme creuse en fer. Pour les rouleaux spéciaux ne pouvant être vulcanisés en cuve, on utilise parfois l'eau chaude, mais le traitement des eaux usées reste un problème à résoudre.
Afin d'éviter le délaminage du caoutchouc et de l'âme métallique dû à la différence de retrait liée à la conductivité thermique entre le rouleau et l'âme en caoutchouc, la vulcanisation est généralement réalisée par chauffage progressif et montée en pression. La durée de vulcanisation est ainsi bien supérieure à celle requise par le caoutchouc lui-même. Pour obtenir une vulcanisation uniforme, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur, et pour que la conductivité thermique de l'âme métallique et du caoutchouc soit similaire, le grand rouleau en caoutchouc reste immergé dans le bain pendant 24 à 48 heures, soit environ 30 à 50 fois la durée normale d'une vulcanisation du caoutchouc.
Les petits et micro-rouleaux en caoutchouc sont désormais majoritairement vulcanisés par moulage sous presse à vulcanisation, ce qui bouleverse la méthode traditionnelle. Ces dernières années, l'utilisation de presses à injection pour la fabrication des moules et la vulcanisation sous vide, avec ouverture et fermeture automatiques, a permis d'améliorer considérablement la mécanisation et l'automatisation. Le temps de vulcanisation est ainsi réduit, la productivité est élevée et la qualité des produits est excellente. L'utilisation d'une presse à injection-vulcanisation, en particulier, combine les deux étapes de moulage et de vulcanisation en une seule opération, réduisant le temps à 2 à 4 minutes. Cette technologie représente un axe de développement majeur pour la production de rouleaux en caoutchouc.
Actuellement, le caoutchouc liquide, notamment l'élastomère de polyuréthane (PUR), connaît un développement rapide dans la production de rouleaux en caoutchouc, ouvrant la voie à une véritable révolution des matériaux et des procédés. Son procédé de coulée permet de s'affranchir des opérations de moulage complexes et des équipements de vulcanisation encombrants, simplifiant considérablement la fabrication des rouleaux. Toutefois, le principal inconvénient réside dans l'utilisation de moules. Pour les rouleaux de grande taille, et en particulier pour les produits sur mesure, le coût de production s'en trouve fortement augmenté, ce qui freine considérablement leur diffusion et leur utilisation.
Pour résoudre ce problème, un nouveau procédé de fabrication de rouleaux en caoutchouc PUR sans moule a vu le jour ces dernières années. Il utilise comme matières premières le polyoxypropylène éther polyol (TDIOL), le polytétrahydrofurane éther polyol (PIMG) et le diphénylméthane diisocyanate (MDl). Après mélange et agitation, la réaction est rapide et le mélange est versé quantitativement sur le noyau métallique du rouleau en caoutchouc, qui tourne lentement. Le processus se déroule par étapes successives de coulée et de polymérisation, jusqu'à la formation du rouleau. Ce procédé est non seulement court, hautement mécanisé et automatisé, mais il élimine également le besoin de moules encombrants. Il permet de produire des rouleaux en caoutchouc de différentes spécifications et dimensions, ce qui réduit considérablement les coûts. Il est devenu la principale voie de développement des rouleaux en caoutchouc PUR.
Par ailleurs, les rouleaux en caoutchouc microfins utilisés dans la fabrication d'équipements de bureautique à base de silicone liquide connaissent un développement rapide à l'échelle mondiale. Ils se divisent en deux catégories : à vulcanisation thermique (LTV) et à vulcanisation à température ambiante (RTV). L'équipement utilisé diffère également de celui utilisé pour le polyuréthane (PUR) mentionné précédemment, formant un autre type de moule. Le principal défi consiste ici à contrôler et à réduire la viscosité du composé de caoutchouc afin de maintenir une pression et une vitesse d'extrusion données.
Date de publication : 7 juillet 2021
