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28 Mai 2021

Les minéraux, composants clés pour la production d'abrasifs enrobés

Les grains abrasifs synthétiques tels que l’oxyde d’aluminium fondu sont au coeur des abrasifs enrobés comme le papier de verre ou les bandes abrasives.

Les minéraux, composants clés pour la production d'abrasifs enrobés.

Le meulage et le ponçage sont des étapes indispensables de la production de la majorité des objets du quotidien qui nécessitent un traitement de surface. Que vous soyez un acteur industriel ou amateur de bricolage, vous vous servez probablement d’abrasifs enrobés comme le papier de verre ou les bandes abrasives. Tous ces produits contiennent des grains abrasifs synthétiques tels que l’oxyde d’aluminium fondu.

Le façonnage et l'usinage des outils, qu’il s’agisse de les aiguiser ou de changer leur forme, font partie des besoins les plus anciens de l'humanité. Nos ancêtres utilisaient pour cela des abrasifs - des matériaux, typiquement des minéraux, qui permettent d’enlever de la matière ou de réaliser les finitions d’un objet grâce à un mouvement de friction. Cette méthode est toujours en usage de nos jours.

Au fil du temps, le développement des machines et des techniques de ponçage a rendu le processus plus efficace, et le marché des abrasifs s'est divisé en deux grandes catégories : les abrasifs agglomérés et les abrasifs enrobés.

Les abrasifs agglomérés sont constitués de grains abrasifs et d’un liant qui maintient solidement l’ensemble et lui donne une forme spécifique - généralement un disque. Les abrasifs enrobés se composent quant à eux de grains abrasifs collés sur un matériau support tel que du tissu ou du papier. Ils se présentent sous la forme de papier de verre ou de bandes abrasives.

Raphael Gasser, spécialiste des abrasifs chez Imerys, précise : « Les abrasifs agglomérés servent principalement pour la découpe et le meulage de matériaux aux formes bien définies. Les abrasifs enrobés sont en revanche plus couramment utilisés pour le ponçage de grandes surfaces, ainsi que le polissage et les finitions. Les 2 types d’abrasifs sont utilisés pour une large palette d’applications industrielles comme pour le bricolage. »

Il y a une centaine d’années, tous les produits abrasifs étaient élaborés à partir de minéraux naturels. Puis des recherches ont permis de créer des minéraux abrasifs synthétiques capables de répondre aux exigences croissantes des fabricants et des consommateurs.

Améliorer les propriétés des minéraux naturels

Le minéral synthétique le plus courant actuellement est l'oxyde d'aluminium fondu, ou alumine fondue.  

L’alumine fondue est fabriquée à partir de minéraux comme la bauxite brute. La première étape consiste à faire fondre le minerai dans un four à arc électrique. Le produit obtenu est ensuite refroidi, broyé et calibré, puis finalement mélangé. Divers procédés d’amélioration, tels que des traitements mécaniques, chimiques, céramiques ou thermiques sont également possibles.

Les principaux critères de qualité recherchés par les fabricants d’abrasifs sont les suivants :

  • composition chimique,
  • homogénéité (pour garantir une qualité constante aux clients),
  • dureté,
  • résistance,
  • distribution granulométrique (selon les normes internationales),
  • qualité de l’enrobage du grain.

Le type de minéral synthétique mis en jeu influence certains de ces critères.

« Nos différentes variétés d'oxyde d'aluminium fondu n’ont pas toutes les mêmes propriétés en termes de dureté et de résistance, explique Raphael. L’alumine fondue est généralement un minéral très dur. Elle possède une dureté de 9 sur l'échelle de Mohs, contre 10 pour le diamant.

La résistance de l’alumine fondue de qualité standard est inversement proportionnelle à sa dureté : un minéral plus dur présente moins de résistance, tandis qu'un minéral résistant possède une dureté plus faible. Le choix du client dépend principalement du matériau qui sera poncé avec le produit abrasif.

Les grains plus résistants durent plus longtemps, tandis que les grains plus durs sont plus agressifs. Par exemple, l'alumine fondue blanche est très dure, mais moyennement résistante, ce qui la rend idéale pour le ponçage des surfaces en bois. Sur le métal, elle se montre en revanche trop cassante, et mieux vaut donc choisir un grain plus résistant. »

Produire de l'oxyde d'aluminium fondu adapté à un large éventail de besoins.

 Imerys est le premier fournisseur mondial de produits à base d’alumine électro-fondue, principalement destinés au marché des abrasifs enrobés et agglomérés. D’une diversité inégalée en termes de taille et de variété, sa gamme Alodur® est conçue pour s’adapter aux besoins des fabricants d'abrasifs. 

La présence d’éléments chimiques spécifiques modifie les propriétés et la stabilité de l’alumine fondue, conduisant à plusieurs formulations qui se distinguent par leur couleur - du brun au blanc en passant par le rose. Les fabricants peuvent ensuite les combiner pour obtenir les performances souhaitées.  

En plus de l'oxyde d'aluminium fondu ordinaire, Imerys propose également des minéraux abrasifs de haute performance comme le Sol Gel. Ce grain céramique microstructuré offre une agressivité de ponçage unique, grâce à ses propriétés de résistance et de dureté élevées combinées à sa capacité à s'auto-affûter.

Les arêtes des grains abrasifs sont naturellement très tranchantes. L’emploi de différentes techniques d’usinage permet de donner aux grains une forme pointue, angulaire ou cubique.

« Les grains pointus et angulaires sont les plus fréquemment utilisés pour les abrasifs enrobés, car ils offrent un ponçage plus agressif, précise Raphael. Mais chaque client a ses propres exigences. »

Les grains abrasifs peuvent également être gros ou fins. « Depuis quelques dizaines d’années, la tendance générale est aux grains plus fins en raison de la demande croissante pour les travaux de finitions. Mais, bien sûr, ces derniers ne remplacent pas les grains plus gros, poursuit le spécialiste. 

Par exemple, les bricoleurs qui souhaitent poncer du bois avec du papier de verre commencent souvent par un gros grain pour gagner du temps. Ils obtiennent alors une surface rugueuse, puis choisissent un papier à grain plus fin pour un rendu final lisse. »

Il est possible de produire de l'oxyde d'aluminium fondu de différentes couleurs grâce à la présence de certains éléments chimiques. L'ajout d'oxyde de chrome lui donne une couleur rose.
Les abrasifs enrobés sont fins et flexibles, ce qui les rend particulièrement adaptés pour le traitement de surface.
Les disques composés d'abrasifs agglomérés offrent une précision optimale lors de la découpe et du meulage de pièces métalliques, ce qui en fait des outils précieux dans l'industrie automobile.
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Rendre la production d’abrasifs plus durable et plus efficace

Imerys fournit des grains abrasifs de haute qualité tout en veillant à minimiser leur impact sur l'environnement.

« L’utilisation d’un grain de meilleure qualité facilite l’enlèvement de matière lors du ponçage, ce qui signifie que vous avez besoin de moins d'abrasif pour effectuer le même travail, explique Raphael. Le produit dure ainsi plus longtemps, ce qui diminue la quantité de déchets.

Nous réalisons aussi régulièrement des tests qui prouvent qu'un ponçage agressif - obtenu en utilisant un grain tranchant - réduit la consommation d'énergie.

De plus, notre traitement de projectabilité aide à augmenter la quantité de grains capturés sur le matériau support lors de la production des abrasifs enrobés.

Ainsi, le procédé de fabrication est plus productif, et génère moins de sous-produits pour le client. »

Imerys propose également d'autres traitements pour accroître encore davantage l'efficacité, la productivité et la durée de vie des grains abrasifs. Les traitements thermiques améliorent la résistance et la durabilité, tandis que les traitements céramiques augmentent la surface d’enrobage du grain, lui permettant ainsi de mieux adhérer au matériau support. Enfin, les traitements chimiques améliorent la fluidité et empêchent les grains de s'agglomérer. 

« Nos clients peuvent personnaliser leurs produits, en choisissant parmi une large gamme de grains et de traitements en fonction des exigences du marché.

Les abrasifs font partie de notre vie quotidienne, même si nous ne le réalisons pas toujours. Qu’il s’agisse de conduire votre voiture ou de préparer un bon repas, vous pouvez être sûr que beaucoup des objets que vous utilisez ont déjà été en contact avec des grains abrasifs. »

Watch this video to see how fused aluminum oxide is produced
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