Les casques balistiques se composent principalement d'une coque, d'une doublure et d'un système de suspension. La coque absorbe l'énergie d'impact des projectiles ou des éclats d'obus à grande vitesse principalement par déformation et rupture structurelle. Par conséquent, le processus de fabrication de la coque du casque est déterminant pour son efficacité de protection.
Actuellement, la fabrication des coques de casques balistiques utilise principalement des technologies de moulage de matériaux composites, notamment la stratification manuelle, le moulage par transfert de résine (RTM), le moulage par compression et le moulage de forme nette.
1. Procédé de moulage par stratification manuelle
Le moulage par stratification manuelle, également appelé moulage par contact, est l'une des techniques les plus anciennes et les plus répandues pour la fabrication de casques balistiques composites. Ce procédé repose essentiellement sur le travail manuel, ce qui impose des compétences techniques élevées aux opérateurs. Ces derniers doivent maîtriser les propriétés structurelles du produit et posséder des connaissances spécialisées en matière de découpe et de stratification des matériaux renforcés de fibres, ainsi que de préparation des surfaces de moule.
Le procédé de stratification manuelle offre des coûts de moule réduits, une maintenance aisée et une grande flexibilité quant à la taille et la forme des produits. La conception peut être facilement ajustée sur des points précis afin de répondre aux exigences du produit. De plus, le moulage peut être réalisé à température ambiante. Cependant, il convient généralement uniquement à la production de petites pièces. Par ailleurs, les propriétés mécaniques des produits finis ont tendance à être non uniformes, ce qui entraîne une faible homogénéité et une performance de protection instable.
2. Moulage par transfert de résine (RTM)
Le moulage par transfert de résine (RTM) est un procédé de moulage de matériaux composites dans lequel une résine à faible viscosité, comme le polyester ou l'époxy, est injectée dans un moule fermé. La résine imprègne de manière complète et uniforme des fibres haute performance ou d'autres matériaux de renforcement, qui sont ensuite polymérisés pour former le composant final.
Comparée à la stratification manuelle traditionnelle, la technique RTM permet d'obtenir des matériaux présentant une résistance aux chocs supérieure et des propriétés mécaniques plus homogènes au sein de la structure. De plus, ce procédé réduit les coûts, assure une production reproductible, garantit une grande précision dimensionnelle et produit une finition de surface lisse et uniforme.
Cependant, lors de la fabrication de composants composites complexes ou de grande taille, le procédé RTM peut rencontrer des difficultés telles qu'un écoulement irrégulier de la résine, une imprégnation insuffisante des fibres et des cycles de moulage excessivement longs. Ces problèmes peuvent engendrer des produits composites dont les performances mécaniques, la résistance et la précision dimensionnelle sont inférieures aux attentes.
3. Procédé de moulage par pression à chaud
Le moulage à chaud est l'un des procédés de fabrication les plus répandus pour les matériaux composites. Les principaux facteurs influençant la qualité d'un casque balistique moulé sont la température, la durée et la pression de moulage.
Le procédé débute par la préparation d'un préimprégné à partir de fibres haute performance sélectionnées et d'une résine thermodurcissable ou thermoplastique. Le moule est ensuite préchauffé et maintenu à une température précise. Les opérateurs placent le préimprégné dans le moule d'une presse hydraulique de moulage composite, puis serrent les bords et ferment le moule. Ce dernier est chauffé à la température de moulage requise, mis sous pression, maintenu à cette température, puis refroidi et ouvert. Enfin, les ouvriers retirent le produit fini et l'ébarbent.
Tout au long du processus de moulage à chaud, les conditions de moulage doivent être rigoureusement contrôlées. Par exemple, la température de cuisson des casques en composite UHMWPE ne dépasse généralement pas 130 °C.
4. Technologie de formage quasi-net
La technologie de formage quasi-net, également connue sous le nom de moulage en gel, est une méthode de mise en forme avancée largement utilisée dans les céramiques et les composites à matrice métallique.
Le procédé consiste à mélanger uniformément des poudres de céramique ou de métal avec des additifs, notamment des monomères organiques et des agents de réticulation, pour former une suspension. Une fois coulée dans un moule, un initiateur déclenche la polymérisation des monomères, ce qui provoque la gélification in situ de la suspension et sa solidification dans la forme souhaitée.
Cette technologie est particulièrement efficace pour la production de composants aux géométries complexes et à haute précision dimensionnelle. Les pièces brutes obtenues présentent une excellente uniformité et une grande résistance, ce qui contribue à minimiser le besoin d'usinage ultérieur. Cependant, le procédé impose des exigences extrêmement strictes en matière de pureté des matières premières et de contrôle des paramètres opérationnels.
Voici les 4 principales technologies de moulage pour les casques balistiques en matériaux composites :
1) Moulage par stratification manuelle : Les produits fabriqués par ce procédé présentent des propriétés mécaniques irrégulières et une productivité moindre, malgré un faible coût d’investissement initial. Il convient à la production de petites séries ou à la personnalisation.
2) Moulage par transfert de résine (RTM) : Ce procédé permet d’obtenir des produits aux excellentes propriétés mécaniques et offre une productivité accrue, pour un investissement modéré. Il répond aux besoins de la production en série et de la personnalisation.
3) Moulage à chaud : Les produits créés par ce procédé possèdent des propriétés mécaniques supérieures, mais les coûts de production sont élevés. Il est idéal pour la production de masse standardisée.
4) Moulage de pièces finies : Cette technologie produit des composants avec une préforme à haute résistance et une productivité élevée, malgré un coût de fabrication plus important. Elle est conçue pour fabriquer des pièces complexes exigeant une précision dimensionnelle exceptionnelle et des performances mécaniques élevées.
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