Le procédé d’injection

Les phases du moulage

Remplissage

Commutation Maintien

• Remplissage remplir la cavité de polymère ‘ fondu ’

• Commutation matière dans la cavité sous pression

• Maintien ajouter du matériau pour compenser

le retrait au refroidissement

Moule

Polymère fondu

Moule Chaleur

Chaleur

Gaine solide

Gaine solide

Effet Fontaine

Ecoulement du matériau dans la cavité

- Polymère fondu dans la cavité écoulement de type laminaire - Polymère en contact avec le moule formation d ’une « gaine solide » - Au front d’avancement « effet fontaine »

Cisaillement = la variation des vitesses relatives entre les couches de matière plastique

un échauffement de la matière (frottement visqueux)

une orientation de la matière

Viscosité et Cisaillement

Demi-épaisseur

Paroi du moule

Taux de cisaillement / Orientation moléculaire

Matière fondue

Gaine Solide

C

Profil de vitesse dans l ’épaisseur

Exemple de pièce « coque »

Règles de base pour la conception

• Equilibrer le remplissage de la pièce

• Eviter les « effets d ’hésitation » (épaisseurs faibles)

• Maîtriser la formation des lignes de soudure

• Eliminer les emprisonnements d ’air

• Maîtriser la direction des écoulements

• Maîtriser les cisaillements/(contraintes)

• Chercher à obtenir un refroidissement homogène

Equilibrer le remplissage de l ’empreinte: position du/des point(s) d ’injection

Où positionner le point d’injection pour équilibrer le remplissage de ce moule en T ?

Equilibrer le remplissage de l ’empreinte: position du/des point(s) d’injection

En positionnant le seuil à ces endroits, le remplissage N’EST PAS EQUILIBRE

En injectant en D, le remplissage EST EQUILIBRE

Seuil en D: Remplissage équilibré

Equilibrer le remplissage de l ’empreinte: position du (des) point(s) d ’injection

La position du point d’injection en D assure une fin de remplissage simultanée pour les deux flux A et B

A B

Equilibrer le remplissage de l ’empreinte: modifier les épaisseurs

Exemple sur un moule de boîte

Equilibrer le remplissage :

Equilibrage d’un moule multi-empreintes

• Système Naturellement

équilibré

• Système Artificiellement

équilibré

Il est toujours préférable :

- d ’avoir un système naturellement équilibré

sinon

- de jouer sur le diamètre et la longueur des canaux que sur la

géométrie des seuils

Isochrones

Champ de pression

en fin de remplissage

Equilibrer le remplissage :

Equilibrage d’un moule multi-empreintes

Un effet d’hésitation se produit lorsque : l ’écoulement du plastique ralenti (ou s’arrête) localement dans les zones d’épaisseur faible pour remplir les zones de forte épaisseur.

Eviter les effets d ’hésitation

Maîtriser la position des lignes de soudure

Les positionner hors des zones d ’aspect ou de « tenue mécanique »

Une ligne de soudure se forme dans les zones où les

fronts de matière se rencontrent de face

Une ligne de recollement se forme dans les zones où les

fronts se rencontrent et suivent la même direction

Ligne de recollement

Tout risque de ligne de soudure/recollement est signalé par une ligne rouge

Ligne de soudure

Maîtriser la position des lignes de soudure

FLOI4

Injection

65% rempli

70% rempli

Ligne de soudure externe

Ligne de soudure interne

80% rempli

Surbourrage

90% rempli

Écoulement interne

Maîtriser les écoulements: éviter les écoulements internes

Risques de déformation lorsque :

- les deux faces du moule ont des températures

- le refroidissement n’est pas uniforme sur la pièce

Gelé et rigide

Face chaude

Face froide

Contraintes

Face chaude

Face froide

Favoriser un refroidissement uniforme

Les « effets de coins » peuvent provoquer un refroidissement

non uniforme et donc du gauchissement

Cavity Core

HOT (shrinks relative to frozen sections, causing warpage)

Molten Plastic Frozen Plastic

Favoriser un refroidissement uniforme

DEFINITION

Technique de fabrication continue de feuilles par

laminage d’une matière thermoplastique entre plusieurs

cylindres parallèles constituant la machine appelée

calandre.

Remarque : procédé de fabrication du papier

Le CALANDRAGE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Filage / Extrusion

Conteneur

Poinçon

Aiguille

Tube filé

Filière

Billette

Schéma d’une machine de filage / extrusion

Transformation d'une masse visqueuse de polymère organique en un ensemble de filaments continus, parallèles et jointifs.

Extrudeuse

Polymère fondu

Pompe à engrenage Milieu filtrant

Filière

Faisceau de filaments

Ensimage

Fil continu

Bobineuse

Soufflerie

Le filage des polymères

• À partir de l'état fondu (melt spining) extrudeuse monovis

Le filage des polymères

• À partir d'une solution concentrée Voie humide

Le filage des polymères

Le filage des polymères

Défauts d’extrusion

Défaut de surface Défaut de volume

Le filage des polymères

Défaut de volume

- Défaut « hélicoïdal »

Le filage des polymères

Défaut de volume

- Défaut « chaotique »

Le moulage par rotation est une méthode de transformation des polymères permettant la production d’articles creux d’une capacité de 0.2 litre à 50 000 litres.

Le moulage par rotation permet de produire de petites séries de pièces mais également de grandes séries, le principal avantage étant que les machines et les moules représentent un coût d’investissement beaucoup plus faible que les autres techniques de transformation comme l’injection et l’extrusion soufflage.

Le polymère le plus utilisé en Rotomoulage est le PE (90% des applications); PP, PC, PA, PVC sont également utilisés.

Pour être rotomoulé le PE doit être sous forme poudre avec une taille des particules entre100 à 500 µm.

ROTOMOULAGE

AUTOMOBILE

Réservoir d’essence

Pare-choc

PANNEAUX DE SIGNALISATION

Poubelle

INDUSTRIE

CHRAGEMENT DU MOULE

Polymère :

Thermoplastique en poudre (100-500 mm) Quantité :

Dépend de la surface interne du moule et de l’épaisseur de la pièce m = S.e.r

où S = la surface de la paroi interne du moule e = épaisseur de la pièce à fabriquer r = la masse volumique du matériau.

CHAUFFAGE

• Le moule tourne sur deux axes verticaux à une vitesse de rotation entre 2 et 40 tr/min.

• Le moule en rotation entre dans un four et est chauffé jusqu’à une température supérieure au point de fusion du polymère. • Durant cette étape les grains de polymère se soudent, se fondent et deviennent un matériau continu.

REFROIDISSEMENT

Le moule en rotation, ensuite, sort du four pour être refroidis par soufflage de l’air froid et l’eau pulvérisée.

Le mode du refroidissement peut avoir un rôle important sur la morphologie de la pièce.

DEMOULAGE

L’utilisation d’un agent de démoulage facilite la réalisation de cette opération.

COMPARAISON

Prix du moule

Moule fabriqué par

Polymère chargé

Coût de la préparation du polymère

pour le procédé

Volume de la pièce (cm3)

Rotomoulage

Thermoformage Soufflage

Homogénéité de l’épaisseur

Inserts métalliques

Orientation dans la pièce

Contrainte résiduelle

101 – 106

100 – 106

101 – 108

granulé

plaque (feuille)

poudre/liquide

aucun

oui (+extrusion)

Jusqu’à 100%

Al

moyen

tendance d’être

non-uniforme

non

très élevée

forte

non

oui

épaisseur uniforme possible

moyen

acier/Al

Oui

(difficile sans extrusion)

faible

oui (+extrusion)

acier/Al

élevé

élevée

possible

tendance d’être

non-uniforme

moyenne

Jusqu’à 100%

Forme du polymère pour le procédé

MACHINES

Machine de rotomoulage de STP (ENSAM/LTVP)

38

Le soufflage permet de fabriquer des objets tridimensionnels creux :

du flacon de quelques millilitres au cuve de 5000 L.

2 procédés d’obtention des corps creux :

• Extrusion-soufflage

• plus de 50% de la transformation des polymères.

• polymères les plus utilisés : PE et PVC.

• production d’une paraison puis soufflage.

• Injection-soufflage

• plus de 30% de la transformation des polymères.

• polymères les plus utilisés : essentiellement PET.

• production d’une préforme puis soufflage.

39

• Principe :

• extrusion d ’un tube appelé paraison.

• emprisonnement du tube dans un moule creux en 2 parties pincement.

• Soufflage d ’air sec filtré sous pression dans la paraison encore chaude.

• Formation de l ’objet par placage de la matière sur les parois du moule

froid.

• Si l’épaisseur du corps > 2 mm nécessité d ’un refroidissement interne.

• Extraction du corps creux.

paraison

extrudeuse

moule

air

40

• Extrusion :

• continue : cadence élevée, capacité < 5L.

• discontinue : cadence plus faible, capacité jusqu ’à 5000L.

avec pot d’accumulation :

2: soufflage

1: extrusion de la

paraison

3: refroidissement

4: éjection

de la pièce

Paraison coupée Paraison non coupée

extrudeuse

moule au poste

de soufflage

paraison

coupe paraison

moule ouvert sous

extrudeuse

C

A: vérin hydraulique

B: pot d’accumulation

C: paraison extrudée

41

• Les machines :

• L’extrudeuse

Vis de l’extrudeuse : Têtes d ’extrusion :

• Ecoulement en filière :

• diamètre de la paraison diamètre de la filière.

• épaisseur de la paraison entrefer poinçon-filière.

• Les moules :

• Soudage partiel de la paraison.

• Géométrie des corps creux.

• Échappement de l’air par évents (trous ou rainures).

A : poinçon ; B : filière ; C : entrefer du poinçon

A

B

C

A

C

B

pour PE pour PVC

Alimentation Transition Pompage

42

• Mode de soufflage :

• soufflage par aiguille : pas d’orifice sur le corps creux.

• Remplissage pendant le formage : réduction du temps de refroidissement.

• soufflage multi-couches :

• soufflage de pièces complexes : étirage de la paraison pendant le soufflage.

• soufflage en 3D : prépositionnement de la paraison avant la fermeture du moule.

extrudeuse

B

extrudeuse

A

moule de

soufflage co-paraison

(jusqu’à 7)

filière

commune

43

• Principe :

• plastification de la résine dans une extrudeuse.

• injection de la matière fondue réalisation d’une préforme.

• soufflage, refroidissement et éjection.

Phase d’injection

Presse

d’injection

Moule

d’injection

Préforme

moulée

Moule de

soufflage

Phase de soufflage

Etirage radial

Air

44

• Injection :

• décomposée en 2 phases:

• remplissage du moule

• maintien en pression

• le moule d’injection est thermostaté dans sa zone centrale

• Importance de la préforme :

• elle permet d ’avoir une bonne répartition de la matière après soufflage.

• le col de l ’objet est entièrement formé avant le soufflage.

45

• Mode de soufflage :

• transfert de la préforme avec le noyau du moule d’injection vers le moule de soufflage.

• 2 types de fabrication par injection soufflage :

46

• Processus de bi-étirage:

réarrangement des chaînes macromoléculaire

amélioration des propriétés mécaniques dans le sens de l’étirage

LE PROCEDE RTM

1. L’outil utilisé est constitué de 2 matrices aux formes du moule. 2. Un renfort en fibres (Préforme) est placé dans le moule. 3. Le moule est fermé. 4. Le mélange résine/solidifiant est injecté par des ports, sous

basse pression, dans le moule.

5. L’air déplacé lors de l'injection s’échappe par des cheminées aux positions hautes du moule. La résine trempe les fibres du préforme.

6. Chauffage du moule et de la résine

7. Le refroidissement de résine commence lors de l’injection. La chaleur appliquée sur le moule active le mécanisme de polymérisation qui solidifie la résine.

8. La pièce est démoulée.

LE PROCEDE RTM

LES MATERIAUX LE RENFORT Choix du matériau dépend de l’application

Matériaux fibreux : de verre, carbone, aramide, thermoplastiques, naturelle ( jute, chanvre)

Automobiles: fibres de verre>coût faible Aérospatiale : fibre de carbone > résistance mécanique et légèreté

Géométrie de la préforme influe sur l’écoulement fibres sont rassemblés sous forme de mèches de 200 à 4000 fibres --< confection de la préforme par tissage tridimensionnelles des mèches

LES MATERIAUX

LES RESINES

Forme initial: liquide composé d’un ou plusieurs monomères multifonctionnelles.

Réaction de polymérisation par la chaleur > Réseau tridimensionnelle solide, infusible et insoluble

•Mélange exacte difficile à détaillée donc retenir paramètres de conversion (avancement de la réaction) et variation de volumes spécifique.

•Thermodurcissables sont majoritairement utilisés; polyester insaturés; époxydes amine

•Critère formulation à faible viscosité pour imprégnation de la préforme:

•Additifs aux monomères pour améliorer la ténacité fragile de la résine : Catalyseur, agent anti-retrait, démoulant,..

•Choix de formulation dépend des fonctions: propriétés mécaniques, adhésion aux fibres, tenue thermique, vieillissement, état de surface

CARACTERISTIQUES CHIFFRES CLES

Viscosité < 200 cps

Temps

imprégnation

> 2 heures à

température

Température

refroidissement < 175 °C

Temps

refroidissement

< 1 heure

Temps de latente à éviter

Surface pièce Pression d’injection Temps de cycle Epaisseurs Joints

INJECTION Contrôle du ratio Température Déplacement positif Circulation Mélange optimale Maintenance

LES CARACTERISTIQUES

Faible viscosité au départ faible pression d’injection

Viscosité augmente rapidement Imprégnation des fibres avant durcissement

COUTS

LES CARACTERISTIQUES