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Le procédé d’injection

Les phases du moulage

Remplissage Commutation Maintien

• Remplissage • Commutation • Maintien

remplir la cavité de polymère ‘ fondu ’ matière dans la cavité sous pression ajouter du matériau pour compenser le retrait au refroidissement

Ecoulement du matériau dans la cavité Chaleur

Moule Gaine solide

Polymère fondu

Effet Fontaine

Gaine solide

Chaleur

Moule

- 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 »

Viscosité et Cisaillement Paroi du moule

Gaine Solide Demi-épaisseur

Profil de vitesse dans l ’épaisseur

Matière fondue

Taux de cisaillement / Orientation moléculaire

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

 un échauffement de la matière (frottement visqueux)  une orientation de la matière

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 EQUILIBRE

En injectant en D, le remplissage EST EQUILIBRE

Seuil en D: Remplissage équilibré

N’EST PAS

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

A

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

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

Equilibrer le remplissage : Equilibrage d’un moule multi-empreintes

Isochrones

Champ de pression en fin de remplissage

Eviter les effets d ’hésitation 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.

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

Maîtriser la position des lignes de soudure Tout risque de ligne de soudure/recollement est signalé par une ligne rouge

Ligne de soudure

Ligne de recollement

Maîtriser les écoulements: éviter les écoulements internes Ligne de soudure externe

Injection 80% rempli

65% rempli

Ligne de soudure interne 90% rempli

70% rempli

Surbourrage Écoulement interne FLOI4

Favoriser un refroidissement uniforme Risques de déformation lorsque : - les deux faces du moule ont des températures  - le refroidissement n’est pas uniforme sur la pièce Face chaude

Face chaude Contraintes

Gelé et rigide

Face froide

Face froide

Favoriser un refroidissement uniforme Cavity

Core

Molten Plastic Frozen Plastic

HOT (shrinks relative to frozen sections, causing warpage)

Les « effets de coins » peuvent provoquer un refroidissement non uniforme et donc du gauchissement

Le CALANDRAGE

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

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

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

Conteneur

Tube filé

Poinçon Aiguille Billette Schéma d’une machine de filage / extrusion

Le filage des polymères Extrudeuse

Polymère fondu Milieu filtrant

Pompe à engrenage

Filière Faisceau de filaments Ensimage

Soufflerie Fil continu Bobineuse

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 Défauts d’extrusion

Défaut de volume

Défaut de surface

Le filage des polymères Défaut de volume - Défaut « hélicoïdal »

Le filage des polymères Défaut de volume - Défaut « chaotique »

ROTOMOULAGE 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.

AUTOMOBILE Réservoir d’essence

Pare-choc

PANNEAUX DE SIGNALISATION

INDUSTRIE

Poubelle

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 Soufflage

Thermoformage

Rotomoulage

Volume de la pièce (cm3)

101 – 106

100 – 106

101 – 108

Forme du polymère pour le procédé

granulé

plaque (feuille)

poudre/liquide

Coût de la préparation du polymère pour le procédé

aucun

Jusqu’à 100%

Jusqu’à 100%

Polymère chargé Moule fabriqué par Prix du moule Homogénéité de l’épaisseur Inserts métalliques Orientation dans la pièce

Contrainte résiduelle

oui (+extrusion) acier/Al élevé

tendance d’être non-uniforme possible

oui (+extrusion)

Oui (difficile sans extrusion)

Al

acier/Al

moyen

moyen

tendance d’être non-uniforme

épaisseur uniforme possible

non

oui

élevée

très élevée

non

moyenne

forte

faible

MACHINES

Machine de rotomoulage de STP (ENSAM/LTVP)

 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.

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• 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. extrudeuse

air paraison

moule

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• Extrusion : • continue : cadence élevée, capacité < 5L. extrudeuse 4: éjection de la pièce

coupe paraison moule ouvert sous extrudeuse

1: extrusion de la paraison

moule au poste de soufflage paraison

3: refroidissement 2: soufflage

Paraison non coupée

Paraison coupée

• discontinue : cadence plus faible, capacité jusqu ’à 5000L. avec pot d’accumulation : A: vérin hydraulique B: pot d’accumulation C: paraison extrudée C 40

• Les machines : • L’extrudeuse Vis de l’extrudeuse :

Têtes d ’extrusion :

A

A B

Alimentation Transition

C

Pompage

C pour PVC

pour PE A : poinçon ;

B

B : filière ;

• 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).

C : entrefer du poinçon

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• 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 : extrudeuse A

filière commune

extrudeuse B moule de soufflage

co-paraison (jusqu’à 7)

• soufflage de pièces complexes : étirage de la paraison pendant le soufflage. • soufflage en 3D : prépositionnement de la paraison avant la fermeture du moule. 42

• Principe :

• plastification de la résine dans une extrudeuse. • injection de la matière fondue

réalisation d’une préforme.

• soufflage, refroidissement et éjection. Phase de soufflage Moule de soufflage Phase d’injection

Presse d’injection Moule d’injection

Air Préforme moulée

Etirage radial 43

• 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.

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• 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 :

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• Processus de bi-étirage: réarrangement des chaînes macromoléculaire amélioration des propriétés mécaniques dans le sens de l’étirage

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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 antiretrait, 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 > 2 heures à imprégnation température Température < 175 °C refroidissement Temps refroidissement

< 1 heure

Temps de latente à éviter

Surface pièce Pression d’injection Temps de cycle Epaisseurs Joints

LES CARACTERISTIQUES Faible viscosité au départ  faible pression d’injection

Viscosité augmente rapidement  Imprégnation des fibres avant durcissement

INJECTION Contrôle du ratio Température Déplacement positif Circulation Mélange optimale Maintenance

LES CARACTERISTIQUES COUTS