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Préparation et finition de surface : les abrasifsBBI N° 98 - Avr. 12
Gagner en productivité

De quelque catégorie de produits qu’ils relèvent, les abrasifs destinés à la préparation et à la finition des surfaces gagnent en technicité et en sophistication pour répondre à l’attente des industries utilisatrices désireuses d'augmenter leur productivité pour assurer la compétitivité de leurs produits. Encore dominé par les ventes d’abrasifs appliqués conventionnels utilisés pour l’enlèvement de matière et une finition grossière, le marché se déporte lentement mais sûrement vers des produits techniques de faible granulométrie répondant à des besoins croissants en états de surface parfaits. Après avoir subi un recul sensible au cours des années 2009 et 2010, le marché national des abrasifs pour la préparation et la finition de surface, nettement dominé par les deux leaders mondiaux que sont Saint-Gobain Abrasifs et 3M, reprend du mordant et affiche un optimisme de bon aloi face au développement de certaines activités génératrices de produits à haute valeur ajoutée.

Les abrasifs utilisés dans la préparation (notamment la mise à la cote des pièces) et la finition de surface relèvent de trois principales sous-familles de produits, les abrasifs appliqués, les micro-abrasifs et les abrasifs non tissés, que ce dossier se propose d’étudier. Même si certaines de leurs applications concernent le second-œuvre du bâtiment (serruriers, ferronniers et peintres, par exemple), ces différentes catégories d’abrasifs sont toutefois essentiellement utilisées dans le secteur de l’industrie. La quasi-totalité des secteurs de l’industrie y a en effet recours pour le travail de matières diverses ; métaux et bois, verre et fibre de verre, fibre carbone, plastiques, composites, etc. Différencier les catégories d’abrasifs que nous venons d’énoncer par leurs applications n’est pas facile, car toutes trois interviennent dans des opérations de finition, même si les états de surface obtenus diffèrent largement en fonction du type d’abrasif mis en œuvre et de sa granulométrie. Utilisables manuellement ou actionnés par une machine (portative ou stationnaire), à sec ou avec un agent de refroidissement (eau ou huile), ces produits déterminants dans la qualité du produit fini ont en commun d’être composés de trois constituants, un support, un liant (le plus souvent une résine phénolique, voire polyuréthane) et des grains abrasifs. La fabrication d’un abrasif est un processus complexe qui relève à la fois de la physique et de la chimie et les caractéristiques de chacun de ses trois composants de même que la combinaison de ces derniers entre eux confèrent à chaque produit des propriétés spécifiques pour le rendre adapté à tel ou tel type d’application.

Les appliqués : l’enlèvement de matière aussi

Les abrasifs appliqués (souvent qualifiés de conventionnels pour les distinguer des micro-abrasifs) sont les plus anciens des produits traités dans ce dossier. Fabriqué dans un maker, ce type d’abrasif est formé d’un support sur lequel sont appliqués des grains abrasifs à l’aide d’un liant. Une première couche de liant colle le grain au support en lui assurant une bonne orientation tandis qu’une seconde couche, dite de liaison, assure l’ancrage final des grains sur le support, lequel peut revêtir diverses formes comme nous le verrons par la suite. Capables de réaliser un enlèvement de matière assez important car ces abrasifs où les grains sont collés les uns aux autres sont relativement rigides (ils permettent notamment de modifier les dimensions d’une pièce), les abrasifs appliqués sont également utilisés dans des applications de finition où la recherche d’un état de surface fin n’est pas une priorité. Utilisés manuellement ou avec une machine, à sec ou pas selon les produits et les applications, les abrasifs appliqués conventionnels existent dans des formes nombreuses (feuilles, disques, roues, bandes… ).

Les non tissés pour la finition et la super-finition


Les abrasifs non tissés sont fabriqués à partir de fibres en nylon intimement liées entre elles sur lesquelles on pulvérise une résine mélangée à des grains abrasifs ou que l’on trempe dans un tel mélange, les deux techniques de la pulvérisation ou du trempage étant utilisées. La plaque d’abrasif ainsi obtenue est ensuite disposée sur des supports divers. Contrairement aux autres catégories de produits où le support fait partie intégrante du produit, le support d’un abrasif non tissé sert uniquement à le mettre en œuvre. A l’instar des abrasifs appliqués, les non tissés dont la technologie fut mise au point par 3M au début des années 1950 (orientée vers des produits grand public à l’origine) existent dans des formes diverses adaptées à des utilisations manuelles ou mécanisées. Contrairement aux deux autres catégories d’abrasifs, les non tissés possèdent des grains répartis sur l’ensemble du produit, y compris en son cœur, ce qui leur permet de produire une coupe de qualité constante du début jusqu’à la fin de leur vie. D’une utilisation le plus souvent complémentaire à celle des abrasifs appliqués, ils peuvent dans certains cas se substituer entièrement à eux (pour apporter la finition souhaitée à une pièce oxydée, pour citer cet exemple) et sont nettement orientés vers la finition, l’enlèvement de matière possible avec un abrasif non tissé, à condition que son support le permette, n’allant pas au-delà de quelques microns.

Le polissage et le satinage sur des matières diverses figurent parmi les applications types des abrasifs non tissés utilisés pour l’obtention d’états de surface relevant de la finition et de la super-finition. Pour préciser les états de surface auxquels correspondent ces deux termes, nous indiquerons que la finition concerne un état de surface d’une rugosité de l’ordre du micron (un micron équivalant à un millième de millimètre) ou du dixième de micron et la super-finition, une rugosité inférieure au centième de micron.

Les micro-abrasifs, pour les pièces à haute valeur ajoutée

Développés à l’origine pour la carrosserie automobile, les micro-abrasifs dont le champ des applications va bien au-delà de cette seule application relèvent de la catégorie des abrasifs appliqués quant à leur fabrication dont elle diffère cependant légèrement, notamment en ce qui concerne le mode de cuisson des résines, souvent polymérisées par UV. Toutefois, les micro-abrasifs se distinguent des appliqués par plusieurs caractéristiques dont la principale tient à la finesse extrême de leurs grains (d’où leur nom), de l’ordre du micron, qui leur confère l’aspect d’une sorte de poudre. En outre, contrairement à ceux des abrasifs appliqués conventionnels, les grains des micro-abrasifs sont rigoureusement calibrés, la granulométrie parfaitement homogène d’un micro-abrasif permettant d’obtenir une ligne de contact parfaite avec la matière travaillée évitant ainsi les risques de rayures parasites. La distribution des grains des micro-abrasifs est également plus fermée que pour les appliqués conventionnels, ce qui signifie que la couverture du support par les grains est plus élevée pour permettre une finition plus soignée. La finesse des grains des micro-abrasifs nécessite une certaine vitesse de mise en œuvre pour être efficaces et c’est pourquoi ces abrasifs sont utilisables uniquement sur une machine dans la quasi-totalité des cas. Les différences entre micro-abrasifs et appliqués conventionnels tiennent aussi au support qui, dans le cas des premiers, doit être parfaitement lisse (il s’agit souvent d’un film en polypropylène) pour autoriser la dépose d’une couche de résine extrêmement fine qui devra être absorbée par le support de manière homogène. Ses caractéristiques font du micro-abrasif un produit utilisable pour la finition et la super-finition jusqu’à l’obtention d’un état de surface proche du poli miroir et si l’enlèvement de matière n’est pas exclu, il est toutefois très limité vu la finesse des grains.

La haute technicité des micro-abrasifs destine ces produits à un travail réalisé sur des pièces entrant dans la composition de produits finis à haute valeur ajoutée qui peuvent être de diverses matières (acier, fonte, polyester, carbure de tungstène, fibre optique, verre, matières organiques…).

Du papier au film polyester

La gamme des supports d’abrasifs destinés à la préparation et la finition du surface est large et nous évoquerons ci-dessous ceux auxquels les fabricants ont le plus souvent recours. Existant dans différents grammages pour répondre à des applications plus ou moins intensives (dans de faibles grammages, il présente l’avantage de la souplesse et dans des grammages plus élevés, celui d’une plus forte résistance à la déchirure), le papier est un support utilisé dans les trois catégories d’abrasifs étudiés dans ce dossier qui s’est sophistiqué au fil du temps. Des papiers anti-encrassants traités au stéarate de zinc ainsi que des papiers imprégnés de latex, pour un usinage sous eau, sont aujourd’hui d’une utilisation courante. Le papier peut également être contre-collé sur de la mousse et être recouvert d’un film auto-collant ou d’une matière permettant à l’abrasif d’être fixé sur un plateau auto-agrippant.

Offrant une résistance et une souplesse plus élevées que le papier, la toile (elle peut être en coton, polycoton, fibre synthétique ou polyester) permet également la fabrication d’un support d’abrasif. Fréquemment utilisés pour les bandes sans fin et les rouleaux d’atelier et bien adaptés au travail des métaux (notamment le décapage et le ponçage), les supports en toile peuvent subir divers traitements qui déterminent leurs caractéristiques mécaniques et améliorent l’adhérence du grain sur le support. La toile peut également présenter une certaine élasticité pour mieux épouser les formes de la pièce à travailler. Il existe également des supports mixtes résultant d’un contre-collage de toile sur un papier de fort grammage, pour les abrasifs appliqués soumis à des contraintes assez fortes, ou de toile sur de la mousse pour renforcer le confort d’utilisation, surtout en utilisation manuelle.

La fibre vulcanisée est quant à elle utilisée dans la fabrication de certains disques montés sur des meuleuses d’angle puissantes pour le travail sur les métaux, la pierre et le béton. Elle n’est pas utilisée pour les micro-abrasifs.

Apparu sur le marché il y a une vingtaine d’années, le film polyester permet la dépose de grains très fins par un procédé électrostatique sur lequel nous reviendrons. Essentiellement utilisé pour les micro-abrasifs dédiés à la super-finition comme nous l’avons déjà relevé, ce type de support peut toutefois concerner certains abrasifs non tissés. Outre celles que nous venons de citer, d’autres matières entrent également dans la gamme des supports d’abrasifs et notamment le plastique, l’aluminium ou encore la fibre de verre. Elles sont généralement adaptées aux disques utilisés pour l’enlèvement de matière dont elles limitent l’échauffement en favorisant une meilleure répartition de la chaleur.