Briefing technique sur les produits de lavage des modèles

Une bonne adhésion de la barbotine pendant l’application d’une première couche d’une carapace en céramique est essentielle pour obtenir un excellent état de surface des moulages de précision à la cire perdue. La présence de résidus de démoulant peut entraîner des défauts de moulage tels qu’une séparation ou une déformation de la première couche et par conséquent un gonflement à la surface des moulages. De bonnes techniques de lavage des modèles et d’entretien du solvant permettent de garantir la consistance et la propreté de la surface des modèles en cire.

Types de produit de lavage proposés au mouleur à la cire perdue

Les procédés actuels de fonderie pour le nettoyage et l’attaque des modèles en cire afin d’en éliminer l’huile de silicone ou tout autre agent démoulant avant l’application de la première couche céramique incluent l’utilisation :

a) d’hydrocarbures à base de pétrole à point d’éclair élevé et de solvants à base de citron ((+)-limonène),

b) d’émulsions détergentes, ou

(c) d’un mélange des deux.

(A) Hydrocarbures à base de pétrole et solvants à base de citron ((+)-limonène)

Ce type de produit de lavage a remplacé les solvants à point d’éclair bas dangereux tels que l’essence minérale, la métylacétone, l’acétone, le toluène, le xylène et les solvants chlorés, mais reste potentiellement nocif pour l’opérateur.

Certains solvants de lavage sont des mélanges complexes contenant d’autres produits chimiques qui agissent comme des agents d’attaque chimique à la surface des modèles en cire. Les préparations actuelles sont hydrosolubles, diluables à l’eau déionisée (pour plus d’économies) et recyclables.

Ces matériaux de lavage des modèles fonctionnent par dissolution du silicone, de la graisse et généralement de la couche supérieure de la cire. Après trempage, lavage ou séchage, souvent à l’aide d’un conduit d’air ou d’une lame d’air, le solvant s’évapore. Cela fait disparaître la graisse des modèles en cire et leur donne un fini légèrement mat, parfois légèrement plus clair car le colorant se trouvant à la surface a pu être dénudé.

La rugosité apparente de la surface peut sembler anormale. Dans la plupart des cas (sauf nettoyage excessif) son aspect est nettement meilleur que celui de la surface finie du moulage, ce qui est souvent dû aux processus de grenaillage/de sablage utilisés lors du nettoyage initial.

En cas de dégradation mesurable de la surface, une période de contact plus courte lors de la dilution peut être utilisée pour réduire l’attaque de la surface.

La solubilité des polymères dépend des liaisons chimiques présentes dans la chaîne principale et de leur compatibilité avec celles du solvant. Le paramètre de solubilité de Hildebrand est communément utilisé pour évaluer la solubilité d’un polymère. Plus la valeur des paramètres est proche, plus la dissolution est susceptible d’avoir lieu.

(B) Détergent/émulsions détergentes

Au cours des vingt dernières années, les progrès réalisés dans l’industrie de la fonderie en matière de sûreté des lieux de travail ont entraîné une réduction de l’utilisation de produits de lavage des modèles à base d’hydrocarbures.    On peut noter qu’une solution de savon et d’eau peut être considérée comme une option moins risquée, bien que son efficacité soit moindre par rapport à celle d’un solvant à base d’hydrocarbures.

Généralement, les détergents de lavage des modèles contiennent un détergent concentré ajouté en quantité relativement faible dans une cuve d’eau. Ils agissent sans aucune interaction avec la surface même des modèles. Bien qu’il en existe de nombreux types, le détergent contient des sels de sodium ou de potassium d’acides gras obtenus par décomposition des graisses au cours d’une réaction chimique appelée saponification. Chaque molécule de détergent est constituée d’une « queue » hydrocarbonée et d’une « tête » de carboxylate. La charge de la tête devient négative dans l’eau, les ions du sodium ou du potassium flottant librement.

Sa capacité à agir comme un agent émulsifiant en fait un excellent nettoyant. Cela est dû au fait que l’émulsifiant a la propriété de disperser un liquide dans un autre liquide immiscible. Cela signifie que bien que l’huile de silicone (qui attire la saleté) ne se mélange pas naturellement à l’eau, le savon peut suspendre l’huile/la saleté afin de l’éliminer.

La partie organique d’un savon naturel est une molécule polaire chargée négativement. Son groupe carboxylate (-CO ₂) hydrophile (qui a une affinité pour l’eau) interagit avec les molécules d’eau par interactions ion-dipôle et par liaison hydrogène. La partie hydrophobe (qui repousse l’eau) d’une molécule de savon est une longue chaîne hydrocarbonée non polaire qui n’interagit pas avec les molécules d’eau. Les chaînes hydrocarbonées s’attirent mutuellement par forces de dispersion et s’agglomèrent pour former des structures appelées micelles. Dans ces micelles, les groupes carboxylates forment une surface sphérique chargée négativement contenant les chaînes hydrocarbonées. Comme elles sont chargées négativement, les micelles de savon se repoussent mutuellement et restent dispersées dans l’eau.

La graisse et l’huile sont non polaires et insolubles dans l’eau. Quand le détergent et les huiles de salissure se mélangent, la partie hydrocarbonée non polaire des micelles sépare les molécules d’huile non polaires. Un autre type de micelle se forme alors autour des molécules de salissure. Ainsi, la graisse, l’huile et la « saleté » fixées à celles-ci sont capturées à l’intérieur de la micelle et peuvent être éliminées par rinçage abondant à l’eau.

Le principal problème de ce type de produit de lavage des modèles est le temps dont a besoin le processus d’agitation pour être efficace. Des bulles d’air passent donc fréquemment dans la cuve permettant à l’huile/à l’émulsion détergente de se séparer et de flotter à la surface où elle est écumée ou déversée dans une cuve de collecte. Dans ce cas, des détergents avec très peu de propriétés filmogènes doivent être utilisés pour éviter l’excès de mousse.

Un autre problème important inhérent à ce type de produit de lavage est le temps dont le processus d’agitation a besoin pour être efficace. Des bulles d’air passent donc fréquemment dans la cuve permettant à l’huile/à l’émulsion détergente de se séparer et de flotter à la surface. Elle est ensuite écumée ou déversée dans une cuve de collecte. Dans ce cas, choisissez des détergents avec très peu de propriétés filmogènes pour éviter l’excès de mousse.

Ce processus est au cœur du tertiaire ou des systèmes composites : c’est un mélange de solvant et d’émulsifiant.

(C) Tertiaire/produits de lavage des modèles en composite

Le dernier type de produit de lavage des modèles répond aux préoccupations relatives à la santé et à la sécurité des solvants conventionnels et la faible efficacité des détergents. Ils contiennent généralement un mélange breveté de solvants à base d’huile légère et de détergents dissous. Les modèles en cire sont plongés dans le produit de lavage des modèles dans lequel le solvant agit de la façon décrite dans la partie (A) ; à partir de cette étape, les pièces sont nettoyées à l’eau, ce qui permet au détergent d’émulsifier rapidement le solvant et de dissoudre l’huile de silicone et la salissure comme décrit ci-dessus.

Les produits de lavage des modèles en composite réduisent les problèmes d’émission de composés organiques volatiles (COV), l’exposition de l’opérateur et les imperfections de la cire de type « yeux de poisson » liés aux solvants purs, tout en améliorant l’efficacité du système à base de détergents.

Méthodes actuelles de contrôle de l’efficacité des produits de lavage des modèles

La consistance et la propreté de la surface des modèles en cire nécessitent de bonnes techniques de lavage des modèles et d’entretien des solvants. Les trempages à répétition des modèles dans les cuves de produit de lavage entraînent une baisse de leur pouvoir solvant, réduisant, avec le temps, leur efficacité à nettoyer et à attaquer. Le fait de mettre en place un programme de contrôle régulier sur chaque cuve de nettoyage permet d’éviter que les modèles en cire défectueux ne se déplacent pour l’application de la première couche dans la salle d’enrobage.

Les démarches actuelles de contrôle d’efficacité comprennent :

(A) Test de mouillage de la barbotine

• Trempez une barre de cire propre ou un modèle dans la barbotine du liant de couche de contact jusqu’à son milieu.
• Retirez la barre ou le modèle du liant et observez sa surface.

Une couche uniforme et l’absence d’éclats de barbotine sont des indicateurs d’un mouillage correct. En revanche, la présence de cire dans la couche de barbotine, d’éclats de barbotine et la formation de trous sont des indicateurs d’un mauvais mouillage.

Idéalement, pour réaliser ce test, des barres de cire de la même qualité que celles utilisées dans la production des modèles doivent être utilisées, ce qui n’est pas toujours pratique. Le prélèvement d’échantillons de barbotine des cuves de mélange n’est pas toujours une tâche commode. De plus, ce test est qualitatif, sujet à l’interprétation de l’utilisateur et ne fournit pas de véritable mesure du pouvoir solvant.

(B) Test de dissolution dans un verre en polystyrène

• Versez le nettoyant pour modèles dans un verre en polystyrène.
• Placez le verre en polystyrène dans une cuve.
• Notez le temps nécessaire à la dissolution du nettoyant à travers le verre.

Dans cette démarche, un point de comparaison doit être établi avec un solvant de lavage des modèles spécifique avant d’être utilisé pendant la production et des verres de la même taille doivent être utilisés pour une comparaison précise. Ce test est également subjectif en ce qui concerne la notation du moment où le solvant coule à travers le verre en polystyrène. La dilution dans l’eau du produit de lavage des modèles peut rendre ce test inefficace ou exiger une durée de dissolution nettement plus longue pour établir un résultat final. Le nettoyage et le traitement du verre imbibé de solvant représentent des coûts sans valeur ajoutée pour la fonderie.

Il existe un certain nombre de variables dans une cuve de nettoyage qui rendent difficile la détermination de l’efficacité d’un modèle avec les technologies actuelles et qui incluent les nombreux types d’agents démoulants, le nombre de trempés des modèles en cire, la quantité de cire dissoute, l’écumage et le remplissage de la cuve de lavage avec un solvant et/ou de l’eau.

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