M O U L A G E P A R C O M P R E S S I O N

G u i d e

Dans le contexte actuel de forte compétitivité, un fournisseur de polymères techniques se doit de fournir plus que de simples matériaux. Pour optimiser l’utilisation des polymères à hautes performances il est indispensable qu’il contribue dès la conception des pièces à la sélection du matériau et à la mise au point du procédé de fabrication idéal. C’est la clé de la réussite d’un projet et le garant d’une efficacité et de performances maximales aux meilleurs coûts. Une fois passé le stade de la conception et de la sélection du matériau, l’optimisation du procédé de fabrication devient cruciale pour atteindre les exigences de qualité et de fiabilité du produit.

Avec plus de 30 ans d’expérience, Victrex Polymer Solutions dispose d’atouts uniques pour aider ses clients à tirer le maximum des polymères polyaryléthercétone (PAEK). Nous proposons une large gamme de produits VICTREX® PEEK

aux performances exceptionnelles sur une large plage de températures et de conditions extrêmes. Chacun pouvant être facilement transformé sur des équipements classiques.

Nous offrons à nos clients un savoir-faire technique sans égal, du support à la conception et la sélection des matériaux jusqu’à l’assistance pour la mise en œuvre des polyaryléthercétones. C’est dans cet esprit que nous avons décidé de créer ce guide de transformation afin de vous aider à optimiser vos équipements et paramètres de moulage par compression. De plus, nos équipes techniques présentent dans le monde entier se tiennent à votre disposition pour vous assister dans les phases de prototypage, conception et simulation, et de mise au point. Nos centres techniques disposent d’équipements de transformation pour des essais sur toute la gamme de produits VICTREX PEEK, des formations sur la mise en œuvre, des analyses et caractérisations approfondies. Nous sommes aussi en mesure de générer des données pour des programmes d’application spécifique qui contribuent à alimenter notre base de données. Nous nous impliquons également dans un grand nombre de projets de recherche, en partenariat avec des institutions universitaires, afin d’accroître nos connaissances et parvenir à développer avec nos clients de nouvelles solutions toujours plus créatives.

Sommaire

Introduction 2

Equipement et outillage 2

Procédé de moulage en 7 étapes 2

Propriétés des pièces moulées 3

Problèmes fréquents et solutions 5

1

Performance à hautes températuresRésistance exceptionnelle aux hautes températures avec une température d’utilisation continue de 260ºC offrant une meilleure durée de vie et fiabilité ainsi qu’une augmentation des coefficients de sécurité dans les environnements difficiles.

Résistance mécanique Excellentes propriétés de ténacité, de rigidité, de fluage à long terme et de résistance à la fatigue permettant la conception de pièces légères, résistantes et durables.

Résistance à l’usureDans des environnements abrasifs secs ou humides, le faible coefficient de friction ainsi que l’excellente résistance à l’usure contribuent à la durabilité et à l’intégrité de la pièce.

Résistance chimiqueRésistance à la corrosion même à des températures élevées avec la capacité à résister à une large gamme d’acides, bases, hydrocarbures et solvants organiques.

Résistance à l’hydrolyseAucun phénomène d’hydrolyse dans l’eau, la vapeur ou l’eau de mer, même à des températures élevées grâce à une faible absorption de l’humidité et une perméabilité réduite.

Performance électriqueConservation des propriétés électriques sur une large plage de fréquence et de température répondant aux exigences des industries électronique et électrique.

Faibles émissions de fumées et de gaz toxiquesNaturellement auto-extinguible, sans utilisation d’additifs. Faible toxicité des gaz de combustion.

PuretéTaux de dégazage et de substances extractibles exceptionnellement bas.

Respect de l’environnementEntièrement recyclable, sans halogènes, conformes aux Directives RoHS et REACH.

Qualité et sécurité d’approvisionnementL’intégralité de nos productions est conforme à la norme ISO 9001:2008 ainsi qu’à la législation de l’Union Européenne en matière de sécurité et environnement. Notre souci extrême du détail – nous assurons plus de 50 tests sur chaque lot de polymère – garanti à nos clients des produits d’une grande qualité et reproductibilité.

Unique fournisseur mondial de polymère polycétone verticalement intégré, nous avons une maitrise complète de nos matières premières – clé essentielle de la qualité et la stabilité du polymère.

Notre politique d’investissement et d’anticipation en ce qui concerne nos capacités de production assure à nos clients une sécurité d’approvisionnement inégalée. Nos deux usines indépendantes sont capables de produire jusqu’à 4250 tonnes par an. Nous sommes également en mesure d’assurer des livraisons rapides – sous 7 jours en moyenne – partout dans le monde grâce à un système logistique centralisé et des entrepôts de distribution locaux.

Le polymère VICTREX PEEK, comme ses variantes hautes températures VICTREX® HT™ et VICTREX® ST™, est considéré comme l’un des thermoplastiques les plus performant du monde. Ces polymères sont disponibles sous forme de granulés, de poudres fines, ou de compounds contenant divers additifs et renforts fonctionnels. Ils sont utilisés pour la conception et la fabrication d’applications hautes performances pouvant remplacer le métal et d’autres matériaux pour de meilleures performances, une plus grande liberté de conception et une réduction de coût des systèmes.

Les revêtements VICOTE® constituent une gamme spécifique de poudres et dispersions liquides respectueuse de l’environnement et formulée à partir des polymères VICTREX PEEK. Ces poudres fines et dispersions aqueuses offrent des performances exceptionnelles à haute température, une excellente résistance à l’abrasion et à la rayure, ainsi qu’une grande robustesse et durabilité. Comparés aux revêtements traditionnels, ils peuvent permettre d’améliorer les performances et allonger la durée de vie des produits réduisant ainsi les coûts des systèmes ou de leur maintenance.

Le film Victrex APTIV® rassemble toutes les propriétés du polymère VICTREX PEEK dans un format fin et flexible. L’étendue de ses propriétés qui comprennent l’aptitude au thermoformage et d’excellentes performances acoustiques en fait le plus performant et le plus polyvalent des films thermoplastiques du marché. Les films APTIV rendent possible l’utilisation de technologies qui facilitent la réduction des coûts et l’amélioration des performances tout en procurant une grande liberté de conception et une mise en œuvre simplifiée.

VICTREX Pipes™ est une gamme de tubes à parois minces, résistants et légers extrudés à partir de polymère VICTREX PEEK. Les tubes VICTREX Pipes disposent d’une très bonne résistance chimique et à la corrosion, une faible perméabilité, une grande résistance à l’abrasion et aux chocs. Grâce à leurs performances à haute température et une combinaison unique de propriétés, ils proposent une excellente alternative aux métaux et autres tubes en polymères traditionnels.

2

INTRODUCTION

Le procédé de moulage par compression est une technique traditionnelle, très utile et très rentable pour la fabrication de composants de grandes dimensions et en faibles volumes, par exemple des joints d’étanchéité de gros diamètre pour le domaine pétrolier ou des ébauches massives pour l’usinage de pièces prototypes.

Les avantages du moulage par compression comparé au moulage par injection sont :

• Faible investissement en termes d’équipement et d’outillage.

• Possibilité de moulage de composants massifs et de grandes tailles (le moulage par injection se limite généralement à des épaisseurs de 15 à 20mm).

L’inconvénient majeur du moulage par compression est sa faible productivité. Pour les thermoplastiques tels que les polymères VICTREX PEEK, HT et ST, la durée du cycle est généralement de plusieurs heures voire plus.

EQUIPEMENT ET OUTILLAGE

La presse hydraulique doit être capable d’exercer suffisamment de pression pour obtenir des moulages sans bulles ni retassures ; durant la phase de compactage, une pression de 350 bar est généralement requise dans la cavité du moule. La presse hydraulique doit également être équipée de deux plateaux chauffants, capables de chauffer le moule jusqu’à 400°C pour les polymères PEEK ou HT et jusqu’à 450°C pour le polymère ST.

Il est recommandé de placer un collier chauffant indépendant autour du moule, pour garantir l’absence de zones froides lors du moulage ; particulièrement pour les moules de hauteur importante. Généralement, les moules mesurent plus du double de la hauteur des moulages finis, par conséquent il faut veiller à ce que l’écart entre les plateaux soit suffisamment grand pour recevoir l’outillage.

Les moules doivent être fabriqués avec des métaux résistants à la corrosion et aux hautes températures (ex: H13) et disposant d’une dureté Rockwell supérieure à 50HRc qui devra rester stable après plusieurs cycles de chauffage / refroidissement allant jusqu’à 400°C (ou 450°C pour le polymère ST). Lors de la conception de l’outillage, il est nécessaire de vérifier que l’acier est assez épais pour résister aux fortes pressions appliquées durant le moulage sans risque de rupture.

La plupart des moulages par compression présentent des parois épaisses qui exigent le maintien d’une pression très élevée au cours du cycle de refroidissement. Afin de garantir de fortes pressions sur de longues périodes à la température de fusion, il est nécessaire d’utiliser des joints aux tolérances serrées afin d’éviter la fuite de matière fondue entre les pièces mobiles du moule. Le jeu entre les joints et les parties coulissantes ne doit pas dépasser 50µm.

Pour faciliter l’éjection, l’utilisation d’un agent de démoulage est recommandé. Celui-ci doit être stable à des températures supérieures à celles atteintes durant le cycle de transformation.

PROCÉDÉ DE MOULAGE EN 7 ÉTAPES

1. Nettoyer soigneusement et assembler tous les composants du moule. La surface intérieure du moule doit être parfaitement nettoyée afin d’éviter la formation de points noirs sur les pièces moulées. Sécher les poudres Victrex avant le moulage ; les poudres PEEK 450PF et HT P45PF doivent être séchées pendant 3 heures à 150°C et la poudre ST P45PF pendant 3 heures à 180°C. Pendant le séchage et durant toutes les étapes du processus, il est nécessaire de s’assurer que les matériaux Victrex sont propres et ne sont pas pollués par d’autres produits.

2. Appliquer un agent de démoulage sur toutes les surfaces du moule qui seront en contact avec la matière fondue et laisser sécher.

3. Remplissage du moule :

La quantité approximative de poudre requise pour la fabrication d’un composant se calcule de la manière suivante :

Poids poudre = volume de la pièce × densité × 102%

Remplir le moule de poudre, placer le joint d’étanchéité et fermer le moule puis exercer une forte pression pour compacter la poudre (pression de 350 bar dans la cavité). Ajouter de la poudre et compacter à nouveau jusqu’à ce que le moule soit rempli avec la quantité de poudre nécessaire.

4. Mettre en chauffe les plateaux et le moule à la température voulue (400°C pour les poudres PEEK 450PF ou HT P45PF et 420°C pour la poudre ST P45PF) avec une montée en température aussi rapide que possible tout en exerçant une faible pression (≈ 20 bar).

5. Une fois la température de consigne atteinte, maintenir la température et la pression (≈ 20 bar) constantes pendant une durée qui dépendra de la taille du moule afin que le fondu soit homogène (en règle générale 15 minutes par 10mm de hauteur ou épaisseur en prenant la plus petite de ces 2 cotes).

6. Couper les chauffes et laisser le moule refroidir naturellement. Dès que la température passe sous le point de fusion du matériau (343°C pour le PEEK, 373°C pour le HT et 387°C pour le ST) appliquer une forte pression (≈ 140 bar), et laisser le système se refroidir naturellement jusqu’à température ambiante.

7. Ejection : Ouvrir le moule et sortir la pièce moulée en PAEK. Pour les ébauches creuses il est recommandé d’éjecter les pièces à une température de 200°C (au-delà de la température de transition vitreuse Tg) pour éviter les risques de fissuration.

Le profil de pression et de température typique pour la poudre PEEK 450PF est indiqué sur la Figure 1 (il peut varier en fonction du moule et de la géométrie des pièces à mouler)

3

Figure 1 : Profils de pression et de température d’un moulage par compression avec la poudre PEEK 450PF en fonction du temps.

PROPRIETES DES PIECES MOULEES

Le procédé de moulage par compression suppose un refroidissement beaucoup plus lent que le procédé de moulage par injection. Par conséquent, le matériau développera un niveau de cristallinité bien plus élevé avec un moulage par compression (≈ 35%) par rapport à un moulage par injection (≈ 20% - 30%). Ce facteur aura un impact sur les propriétés mécaniques des matériaux Victrex.

Figure 2 : Comparaison du niveau de cristallinité typique de pièces moulées par injection en PEEK 450G et de pièces moulées par compression en PEEK 450PF.

Des pièces usinées à partir d’un moulage par compression de PEEK non chargé auront une plus grande résistance en flexion et rigidité que les mêmes pièces moulées par injection ; les propriétés en traction seront aussi supérieures.

Figure 3 : Comparaison des propriétés de flexion entre le moulage par compression et le moulage par injection.

Les meilleures performances sont obtenues en utilisant les grades de poudre fine. Dû au manque de force de cisaillement dans le procédé de moulage par compression, les granulés pour injection ne sont pas appropriés à cette technologie.Généralement les pièces qui en résultent présentent des joints entre les granulés compressés réduisant ainsi les performances mécaniques de manière équivalente à des lignes de soudure. Et il est aussi plus difficile d’atteindre un niveau équivalent de compactage et de densité dans le moule ce qui peut entraîner la présence de bulles dans la pièce.

350

400

50

100

150

200

250

300

0

400

450

300

350

200

250

50

100

150

0

Pres

sio

n /

bar

Temps / min

P [bar]

T [˚C]

Tem

per

atu

re /

°C

36

37

35

34

33

30

31

32

29

28

Cri

stal

linit

é /

%

PEEK 450G moulage par injection

PEEK 450PF moulage par compression

Moulage par compression - 450PF Moulage par injection - 450G

200

140

160

180

120

100

80

60

20

40

0

Rés

ista

nce

en

fle

xio

n /

MPa

0 2 4 6

Déformation / %

8 10 12

Des tests de flexion peuvent être effectués pour contrôler la qualité des pièces moulées par compression.

Le moule parfaitement propre doit être rempli soigneusement avec une quantité précise de poudre VICTREX PAEK.

4

De la même manière, lors de l’utilisation de granulés renforcés de fibres pour le moulage par compression, le manque de force de cisaillement conduit également à des lignes de soudure entre les granulés et les propriétés mécaniques seront beaucoup moins bonnes qu’une pièce injecté avec un grade non chargé. Par ailleurs, des fissures apparaissent fréquemment entre les joints des granulés. C’est pourquoi pour le moulage de pièces renforcées, il est recommandé de mélanger la poudre fine PAEK avec des fibres broyées. En effet, il a été démontré dans la pratique que l’on peut obtenir des composants possédant d’excellentes propriétés mécaniques avec cette technique.

Comme le montre la Figure 4, des échantillons usinés à partir d’un moulage par compression de granulés renforcés de fibres ont montré que la résistance à la flexion et la rigidité étaient nettement inférieures aux pièces moulées par injection avec ces mêmes granulés (les propriétés en traction se comportent de la même manière). Par contre, les moulages par compression réalisés à partir d’un mélange de poudre PEEK 450PF et de fibres broyées présentent une nette amélioration des propriétés, comparables à celles obtenues pour des semi-produits extrudés.

Figure 4 : Comparaison des propriétés de flexion entre des granulés de 450CA30 moulés par compression et par injection et d’un mélange de fibres broyées et de poudre.

La résistance en flexion reste inférieure aux échantillons moulés par injection à cause de l’orientation des fibres. En moulage par injection, les fibres sont fortement alignées dans le sens de l’écoulement, ce qui leur donne d’excellentes propriétés mécaniques dans le sens fibre/écoulement. En revanche, les propriétés perpendiculairement au sens fibres/écoulement sont significativement réduites. En moulage par compression, les propriétés sont plus isotropes, en raison de l’absence de cisaillement dans le procédé.

Une attention particulière doit être portée lors du prototypage d’une future pièce moulée par injection, car les propriétés des pièces moulées par compression peuvent être sensiblement différentes. Et ce, notamment avec les pièces à parois fines pour lesquelles le moulage par compression de grades renforcés peut donner des résultats très inférieurs au moulage par injection.

Les meilleures performances sont obtenues en utilisant les grades de poudre fine.

100

120

80

60

20

40

0

Rés

ista

nce

en

fle

xio

n /

%

Moulage parinjectionGranulés

Moulage parcompression

Granulés

Moulage par compression

Mélange fibres/poudre

Des opérations de finition telles que l’usinage et la métallisation peuvent être effectuées sur des pièces moulées par compression.

5

PROBLÈMES FRÉQUENTS ET SOLUTIONS

Les problèmes les plus courants sont généralement dus à des conditions de transformation incorrectes ou à un manque de propreté de l’outillage. Le tableau ci-dessous indique les défauts les plus fréquents, leurs causes probables et des recommandations.

DÉFAUTS

Bulles, Retassures

Cause probable Recommandation

Pression insuffisante Augmenter la pression pendant le refroidissement

Bavures excessives Vérifier l’étanchéité du moule

Refroidissement trop Réduire la vitesse rapide de refroidissement

Pression non maintenue Maintenir la pression pendant le cycle jusqu’à éjection de refroidissement

Points noirs sur la surface de la pièce

Cause probable Recommandation

Pollution sur la Nettoyer l’outillage avec surface du moule un chiffon non-pelucheux

Points noirs dans la masse

Cause probable Recommandation

Pollution dans Vérifier la propreté de la poudre l’étuve ainsi que les autres sources potentielles de pollution

Points noirs avec décoloration significative

Cause probable Recommandation

Temps de maintien Modifier le process afin excessif à haute de réduire la température température et le cycle

Dégradation

Cause probable Recommandation

Température excessive Réduire la température Vérifier l’exactitude des réglages de température

Temps de maintien Optimiser le process excessif

Système de chauffage Envisager d’augmenter la trop faible la puissance de chauffage ou ajouter des zones de chauffe où cela est possible

Trop d’air resté dans Ajuster la phase de la cavité compactage initiale

Poudre non fondue

Cause probable Recommandation

Température trop faible Augmenter la température

Temps de maintien Augmenter le temps insuffisant de maintien

Outillage mal equilibré Vérifier qu’il n’y ait pas de points froids

SUPPORT TECHNIQUEVictrex Polymer Solutions est entièrement dédié aux produits polyaryléthercétones et idéalement placé pour répondre à vos exigences de qualité, de technicité et de sécurité d’approvisionnement. Dans le contexte actuel de forte compétitivité, travailler avec un fournisseur de premier choix, leader du marché maîtrisant les technologies de pointe et offrant une service technique rapide et compétent est un atout majeur pour la réussite de vos projets.

Pour toute assistance ou information complémentaire, veuillez contacter votre représentant Victrex Polymer Solutions local ou visiter notre site internet www.victrex.com.

LES INFORMATIONS CONTENUES DANS CETTE BROCHURE SONT FOURNIES PAR VICTREX PLC EN TOUTE BONNE FOI ET DECRIVENT DE MANIERE DETAILLEE LES CARACTERISTIQUES TYPIQUES ET/OU LES UTILISATIONS CLASSIQUES DU OU DES

PRODUITS. TOUTEFOIS, IL EST DE LA RESPONSABILITE DU CLIENT DE TESTER COMPLETEMENT LE PRODUIT DANS SON UTILISATION SPECIFIQUE AFIN DE DETERMINER SON COMPORTEMENT, SON EFFICACITE ET LA SECURITE POUR CHAQUE

PRODUIT FINI, SYSTEME OU AUTRE APPLICATION. LES SUGGESTIONS D’UTILISATION NE POURRONT EN AUCUN CAS ETRE CONSIDEREES COMME UNE INCITATION A LA VIOLATION D’UN BREVET. LES INFORMATIONS ET LES DONNEES CONTENUES

DANS CETTE BROCHURE SONT FOURNIES PAR VICTREX PLC EN TOUTE BONNE FOI ET JUGEES FIABLES. LA MENTION D’UN PRODUIT DANS CETTE DOCUMENTATION NE GARANTIE PAS SA DISPONIBILITE. DANS LE CADRE DE SON PROGRAMME

CONTINU DE DEVELOPPEMENT DE SES PRODUITS, VICTREX PLC SE RESERVE LE DROIT DE MODIFIER LES PRODUITS, LEURS CARACTERISTIQUES OU LEUR CONDITIONNEMENT. VICTREX® EST UNE MARQUE DEPOSEE DE VICTREX MANUFACTURING

LIMITED. VICTREX PIPES™ EST UNE MARQUE PROTEGEE DE VICTREX MANUFACTURING LIMITED. PEEK-ESD™, HT™, ST™ ET WG™ SONT DES MARQUES PROTEGEES DE VICTREX PLC. VICOTE® ET APTIV® SONT DES MARQUES DEPOSEES DE VICTREX PLC.

VICTREX PLC NE DONNE AUCUNE GARANTIE, EXPRESSE OU IMPLICITE, DONT NOTAMMENT AUCUNE GARANTIE D’APTITUDE A UNE UTILISATION DONNEE, D’ABSENCE DE VIOLATION DE LA PROPRIETE INTELLECTUELLE, DONT NOTAMMENT L’ABSENCE

DE VIOLATION DE BREVETS, LAQUELLE EST EXPRESSEMENT DECLINEE, QU’ELLE SOIT EXPRESSE, IMPLICITE, DE FAIT OU DE DROIT. EN OUTRE, VICTREX PLC NE DONNE AUCUNE GARANTIE A VOS CLIENTS OU VOS REPRESENTANTS ET N’A HABILITE

QUICONQUE A EXPRIMER OU GARANTIR QUOI QUE CE SOIT AUTRE QUE CE QUI PRECEDE. EN AUCUN CAS LA RESPONSABILITE DE VICTREX PLC NE POURRA ETRE ENGAGEE EN CAS DE DOMMAGE A CARACTERE GENERAL, INDIRECT, SPECIAL,

CONSECUTIF, PUNITIF, ACCESSOIRE OU SIMILAIRE, DONT NOTAMMENT LES DOMMAGES TOUCHANT L’ACTIVITE PROFESSIONNELLE, LA PERTE D’EXPLOITATION OU LA PERTE D’ECONOMIES, QUAND BIEN MEME VICTREX AURAIT ETE AVERTIE DE LA

POSSIBILITE DE TELS DOMMAGES ET QUELLE QUE SOIT LA FORME D’ACTION.

www.victrex.com

S I È G E S O C I A L

Victrex plcVictrex Technology CentreHillhouse InternationalThornton CleveleysLancashire FY5 4QD

United Kingdom Phone +44 (0) 1253 897 700

Fax +44 (0) 1253 897 701

Email victrexplc@victrex.com

A S I A / P A C I F I Q U E

Victrex High-PerformanceMaterials (Shanghai) Co LtdPart B Building G1688 Zhuanxing RoadXinzhuang Industry ParkShanghai 201108

ChinaPhone +86 (0) 21 6113 6900

Fax +86 (0) 21 6113 6901

Email scsales@victrex.com

E U R O P E

Victrex Europa GmbHLanggasse 1665719 Hofheim/Ts.GermanyPhone +49 (0) 6192 964 90

Fax +49 (0) 6192 964 94 8

Email eurosales@victrex.com

J A P A N

Victrex Japan Inc. Japan Technology CenterMita Kokusai Building Annex 4-28 Mita 1-chomeMinato-kuTokyo 108-0073 JapanPhone +81 (0) 3 5427 4650

Fax +81 (0) 3 5427 4651

Email japansales@victrex.com

A M É R I Q U E S

Victrex USA, Inc.300 Conshohocken State RoadSuite 120

West Conshohocken, PA 19428

USAPhone +1 (0) 800-VICTREX

Phone +1 (0) 484-342-6001

Fax +1 (0) 484-342-6002

Email americas@victrex.com

©V

ictr

ex p

lc F

RE

2012

-02

Des

ign

: ww

w.a

bg

des

ign

.uk.

com