Formation Plastique (Chimie Courte)
January 21, 2023 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Matériaux et pièces plastiques Connaissances de base But de la formation formation : : connaissance de base sur les différents plastiques et les méthodes de transformation.
Sommaire Les polymères Les plastiques Propriétés des thermoplastiques Thermoplastiques courants Techniques de transformation des plastiques
Le Moulage par injection
Les polymères rigine des polymères Polymères naturels !! "égétaux cellulose# amidon animaux ! !protéines Polymères semi$synthétiques ! de la cellulose du bois ! Cellulo%d &nitrate de cellulose'# Cellophane( des protéines du lait ! )alalithe &caséine * formaldéhyde' du latex de l ,hé"éa ! caoutchouc ! Polymères synthétiques ! -ls sont synthétisés . partir de monomères# le plus sou"ent de petites molécules organiques issus de la carbochimie ou de la pétrochimie/ 01 du pétrole extrait sert . la fabrication de matière plastique/
Les polymères 2ate d ,apparition de quelques polymères ! 3453 ! 6bonite &fait . partir 3453 part ir de caoutchouc longuemen longuementt "ulcanisé' 3404 34 04 ! Cellulo%d &nitrate de cellulose' 3478 34 78 ! )alalithe &caséine formaldéhyde' form aldéhyde' 3797 ! :a;élite &phénol$formaldéhyde < 3er plastique 3991 synthétique' 3735 ! Cellophane 37=8 37 =8 ! PMM> &polyméthylméthacrylate $ Plexiglas' Plexiglas' 37?3 ! P@C 37?? ! Polystyrène 37?4 ! Polyamide 0/0 &Aylon' 37B9 ! Polyuréthane 37B? ! PT6 &Téflon' 37B0 37 B0 ! Désines épox époxy y 3753 ! Polystyrène expansé $ Styropor 3755 ! Polyéthylène 3740 37 40 ! P66E &thermoplastique haute température'
Les polymères 2éfinitions Polymère ! "ient du grec F poly G# nombreux# et F meros G# unité/ Polymère Hn polymère est une macromolécule macromolécule constituée constituée d ,une longue chaIne de petites molécules# les monomères# monomères # assemblées par des réactions chimiques/ ,une chaIne Les molécules de base sont des molécules organiques ! organiques ! elles sont constituées d ,unechaIne carbonée sur carbonée sur laquelle "iennent se greffer des desgroupements groupements fonctionnels fonctionnels//
6thylène
H C
H C
Polyéthylè ne
H
H
H
H
H
...
La longueur d ,une chaIne de polymère
H
...
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
peut atteindre 39 Km/
H grande H -l existe une "ariété de polymères < leurs propriétés sont conditionnées par ! J la chaIne principale ! nature des éléments qui la composent et conformation spatiale/ J la nature et la taille des groupements fonctionnels/
Polyamide !
Les polymères Structure des polymères P6H@6AT A2D6
A6 A26AT P>S
Linéaires ou ramifiés réticulés TP6
Thermoplastiques Thermodurcissabl es >morphe
Semi$
s
cristallins
6lastomères Thermoplastiques ionisés
>morphe structure désordonnée &"erre'/ 6x ! PMM>
Semi$cristallin structure partiellement ordonnée/ 6x ! P>#
Thermodurcissable résines infusibles/ 6x ! polyuréthane#
P6# PP# P66E# etc/
époxydes/
Les polymères Propriétés thermiques
Quand T° augmente :
vitreux
caoutchoutique
3 ! état "itreux# polymère dans un état dur et fragile
... visqueux
Tg = température de transition vitreuse
= ! augmentation de la souplesse# comportement caoutchoutique Tm = température de fusion
? ! effondrement de la rigidité# comportement de liquide "isqueux/
vitreux
PA66 : Tg = 5°! Tm = "6°!
caoutchoutique
visqueux
Les plastiques PLASTIQUE = POLYMÈRE(S) A!!ITI"S
6xemple 6xe mple Pétrole
ChaIne d ,obtention des plastiques pération Matériaux de base Craquage# réactions chimiques
éthylène CN= CN=
polyéthylène OCN= $CN=n
Molécule de base monomère Macromolécules polymère
Synthèse
>jout de renforts# additifs
Plastiques Transformation
bjets
Les plastiques Les additifs et les renforts
Les charges et les renforts ! ! Le "erre &sous forme de fibres ou de billes' ! résistance mécanique# tenue en température/ Le carbone &fibres' ! résistance mécanique# tenue en température/ Supéri Supérieur eur au "erre mais également plus cher/ Le PT6 et le MoS = ! lubrifiants internes/ L ,aramide &fibres# tissus' Ee"lar < Sou"ent utilisé a" a"ec ec des résines thermodurcissables < matériau auto$extinguible# améliore les propriétés en traction/ Les charges minérales &mica# talc# silice# sciure de bois(' ! stabilité dimensionnelle# diminution de prix/
Les plastiques Les additifs !! plastifiants &sol"ants lourds' ! diminuent la rigidité/ stabilisants ! freinent la dégradation que subissent les polymères sous l ,effet de la ch chaleur aleur et de la lumière < spécifiques spécifiques . un polymère/ anti$H@ ! absorbent les rayonnement rayonnement H@ afin d ,é"iter la dégradation du polymère/ antioxydants ! protègent les polymères de l ,oxydation therm thermique/ ique/ agents gonflants ! se dégradent lors de la mise en Qu"re Qu"r e en libérant un gaR < on obtient un polymère a"ec une structure al"éolaire/ ignifugeants ! améliorent le comportement au feu/ antistatiques ! soit internes &noir de carbone# particules métallique'# ou externes/ lubrifiants réduisent les frottements fr ottements résine$métal ou résine$résine &lubrifiants! internes'/ fongicides et les bactéricides
Propriétés des thermoplastiques
Propriétés des thermoplastiques
Propriétés des thermoplastiques
Thermoplastiques courants Thermoplastiques
Propriétés
Polyétthylène Polyé hylène &P6' souple et résistant# cristallin
Point de fusion
)rades courants
>pplications
395 J 3?5C
:asse densité# ilms pour l,emballage# tubes# haute densité# bouteilles linéaire haute densité
305C
Modifié c ch hoc# renforcé a"ec des fibres de "erre
Polypropylène &PP'
Proche du P6# plus rigide et fragile . froid
Polychlorure de "inyle &P@C'
2ur et amorph orphe e Dam Damol olli litt >ssoupli par "ers l,ajout de 45C plastifiant < modifié choc
Polyst Pol ystyrè yrène ne &PS' &PS'
2u 2urr e ett fragile# amorphe
Damollit Mo Modi difi fié é cho hoc c "ers 79C
ilms pour l,emballage# tubes# pièces pour l,automobile &grades renforcés' Tubes# cbles# re"Utement de sol(
6m 6mba ball llag age# e# isol isolat atio ion n the herm rmiq ique ues# s# gobelets de machine . café
Thermoplastiques courants Thermoplastiques
Propriétés
Point de fusion
)rades courants
>pplications
>crylonitrile$butadiène$ Désistant Désistant aux styrène &>:S' chocs# amorphe
Damollit "ers 339C
>utomobile# jouets# électroménager &coques &coques de téléphones# T@'
Polymethylmetacrylate &PMM>'
>morphe# dur# >morphe# dur# transparent
Damollit "ers 339C
:asées sur ses propriétés propriétés optiques ! "itres# "itres# décoration(
Polycarbonate &PC'
>morphe#
Damollit
Tel quel ou
:asées sur ses propriétés propriétés
résistant aux chocs# sensible sensible aux sol"ants
"ers 3B9C
renforcé a"ec des fibres de "erre
optiques ! "itres "itres < remplacement de métal/
>morphe# bonnes propriétés
Damollit "ers =39C
>lliage a"ec du PS
>utomobile# équipements di"ers
Polyphénylène oxyde &PP'
mécaniques
Thermoplastiques Thermoplastiqu es courants Thermoplastiques
Propriétés
Point
)rades
>pplications
de courants fusion Polyamides &P>' ou nylon
Semi$cristallins :onnes propriétés mécaniques# absorption d,eau
=99$ ?99C
P>0# P> 0/0# >utomobile# fibres fibres textiles P>33# P>3=# P> B/0 Denforts @
Polyphtalamide &PP>'
Semi$cristallins :onnes propriétés mécaniques
??9C ?? 9C
Denfo Denfort rts @
>ut >utomobil obile e
Polyoxyméthylène &PM' ou acétal
Semi$cristallin :onnes propriétés
349C
Denfort Denforts @
>utomobile# obile# remplac placement de métal
mécaniques Polysulfure de phénylène &PPS'
Semi$cristallins :onnes propriétés mécaniques# auto$extinguible
=79C
Polytetrafluoro$ éthylène &PT6'
-nertie chimique# bas ?? ??9C 9C coefficient de friction friction
De"Utement de protection sur métal
Denfo Denforrcés
De"Ut De"Utement ents# -solations 6tanchéités
Plastiques courants ! les marques
Les industriels du plastique plastique achète fabrique
Matériaux de base
)rands groupes chimiques ! :>S
Molécule Molé cule de base Compounder !
Polymère
>dditifs
Plastiques Transformateurs ! S6P>L T6CM>PL>ST
DN2-> :>V6D
L>TSCNHLM>A
2SM 2HPATS 26 A6MHDS
bjets
SL@>V
Techniques de transformation des plastiques
Coulage Coulage Coulage du monomère de la résine liquide dans un moule# . température ambiante et sans pression# puis polymérisation dans le moule . l ,aide d ,un cat catalyseur alyseur// >pplicable aux résines liquides et . certains thermoplastiques &polystyrène'/ Dotomoulage Dotomoulage La matière liquide ou sous forme de poudre est placée dans un moule chauffé et mis en rotation# puis refroidi/ >pplication ! permet de fabrique fabriquerr des d ,objets creu creux# x# de grande taille# taille# ou de re"U re"Utir tir de plastiqu plastique e l ,intérieur d ,un corps creux/ Moulage par compression La matière sous forme de poudre est placée dans un moule chauffé# puis compressée/ >pplication ! principalement les thermodurcissables# plus rarement les thermoplastiques Ce procédé permet dWobtenir des produits solides# résistants aux hautes températures# entre autres de la "aisselle# des téléphones# électriques/ des chssis de télé"ision et des pièces &une application application TP ! les disques "in "inyles'/ yles'/
Techniques de transformation des plastiques 6xtrusion La matière est fondue puis poussée par une "is sans fin . tra"ers l ,orifice de sortie# qui donne sa forme au produit/ La pièce formée est refroidie dans un bac/ >pplication ! n obtient de cette faXon des produits de grande
longueur !films# tubes# profilés# gaines de fils électriques(
Techniques de transformation des plastiques Calandrage Calandrage abrication a brication de films ou de plaques semi$rigides par pressage de la matière entre des rouleaux chauffés &laminage'/ Ces films peu"ent ser"ir directement &par exe exemple mple pour l ,emballage' ou comme produit semi$fini pour le thermoformage/
De"Utements de sols et de murs# nappes# ameublement# maroquinerie# articles gonflables
Techniques de transformation des plastiques Thermoformage abrication a brication d ,objets creux . partir d ,un film c chauffé# hauffé# appliqué dans un moule puis détouré/ >pplications ! emballage# baignoires( Stratification Stratification Consiste . imprégner de résine des couches de tissu superposées# puis . faire durcir la résine en chauffant et pressant l ,ensemble/ >pplication ! produits plats très résistants# par exemple pour l ,ameuble ,ameublement# ment# cage des roulements a contact oblique NP NP// -njection soufflage Consiste . produireco une puis . plaquer cette préforme contre ntrepréforme u un n moulepar . linjection# ,aide d ,air comp comprimé/ rimé/ >pplication ! bouteilles# flacons/ >utres/// abrication a brication d ,objets . partir de p produits roduits semi$finis issus des techniques précédentes ! recou"re des techniques telles que la soudure# le pliage# la mise en forme . chaud# l ,usinage# le découpage# etc///
Le Moulage par injection injection
@idéo idéo sur l,injection & 6AS Cach Y Présentation @ an ' Y Les presses . injecter Y Conception des moules Y Conception des pièces
Les presses . injecter
Les presses . injecter sont essentiellement formées de deux composantes# le dispositif dWinjection et dWinjection etlWensemble lWensemble porte$ moule// moule Y Le dWinjection fluidifie la résine . une de 359dispositif . ?=9C et lWinjecte dans le moule sous une température pression de 599 . 3599;gcmZ Y LWensemble porte$moule tient le moule fermé & de B9 . =599 tonnes de force de fermeture '# lWou"re et le referme automatiquement# et éjecte la pièce finie/ Le mécanisme peut Utre doté de di"ers systèmes ! mécanique# hydraulique ou hydromécanique/
Conception des Moules ! )énéralités $n moule d'inection pour thermoplastiques! doit au cours d'une opération compl"te de production %c&cle passer par les phases suivantes : • (ermeture • )emplissage et éventuellement maintien en pression • )efroidissement rendant les pi"ces moulées rigides • *emps d'ouverture avant le démarrage du c&cle suivant .
Quatre fonctions essentielles doivent être prévues lors de la conception de l'outillage • M#se e$ %orme de l'obet moulé ! •
Al#me$t&t#o$ des c&$&u' en mati"re # mouler !
• •
Re%ro#d#sseme$t ! E'tr&ct#o$ des pi"ces en cours de fabrication .
Conception des moules! les canaux de distribution +a mati"re plastique fondue est transférée vers les cavité du moule au mo&en d'un réseau de canau, • &$&l de c&rotte c&rotte +e canal de carotte! de forme tronconique! conduit le plastique depuis l'orifice d'entrée du moule usqu'au plan de oint . -a forme % conicité # / 0 facilite l'e,traction de la mati"re solidifiée ou carotte • &$&u' de d#str#*ut#o$ d#str#*ut#o$ +e canal de carotte alimente un réseau de canau, de distribution . 1u cours du cheminement de la mati"re plastique dans les canau, ! une pellicule solide se forme au contact des parois relativement froides de l'outillage et agit comme une gaine isolante vis2#2vis de la mati"re fondue circulant dans la section restante
&$&l de c&rotte &$&u' de d#str#*ut#o$
•
Conception des moules! le point d est ,injection plus faible que celle des canau, de +a sect#o$ du point d 3inection
•
distribution pour séparer la pi"ce des canau, de distribution apr"s moulage +a pos#t#o$ du point d 3inection est importante : 4
4 4
•
-i la mati"re ne rencontre pas d'obstacle lors de son écoulement ! les pertes de charges seront réduites et l'on pourra diminuer la pression d'inection 5 6viter l'alimentation du moule face # un obstacle % no&au du moule . -i l'obet moulé comporte des variations v ariations d'épaisseur !placer le point d'alimentation sur les parties massives afin de pouvoir poursuivre le remplissage au moment du retrait de solidification s olidification pour compenser en partie celui2ci.
+es pi"ces comple,es de grandes dimensions sont souvent alimentées en plus#eurs po#$ts ! 2 inconvénient:multiplier les lignes de soudures ! mais celle2 ci sont de bonne qualité si la rencontre des flu, de mati"re se fait # une température suffisante2
/ points d 3inection
Conception des moules! le refroidissement $ne pi"ce moulée ne peut être e,traite sans dommage de l'outillage que si elle a acquis une rigidité suffisante pour résister au, efforts d'éection! $n refroidissement artificiel accéléré est nécessaire
Y La "itesse de refroidissement influence aussi la structure et# par suite# les propriétés physiques et mécaniques des matières plastiques# en plastiques# en particulier des polymères semi$cristallins/ Y -l faut sWefforcer dWobtenir une "itesse de refroidissement uniforme pour uniforme pour aboutir . une structure homogène<
Conception des moules! le refroidissement Y Le temps de refroidissement# . lWintérieur du moule# représente presque toujours la phase la plus longue du cycle de production production## en particulier pour les épaisseurs de pièces courantes de 3#5 . ? mm/
Summary mould mo uld clos closin ing g 4, 4,5 5s injection 2.7 s cooling 40,0 s mould opening 3,5 s removal 4,0 s ---------- ~ 54,0 s
Conception des moules! • •
l,éjection
+e dispositif d'éection doit être adapté # la résistance mécanique! # la plus ou moins grande rigidité du produit moulé %encore chaud! afin d'éviter la distorsion ou même la rupture des obets fabriqués sous l'effet de l'effort d'éection. +e choi, udicieu, des 7ones d'action des éecteurs! compte tenu de la forme des pi"ces! facilite souvent la résolution du probl"me.
Conception des pièces! le retrait Y Y
2éfinition! 2éfinition! contraction contraction la matière durant le refroidissement# pièce finale a un "olumede plus petit que lWempreinte du moule/ la 6xplication! Cette 6xplication! Cette contraction correspond . une organisation organisation de la matière/ L ,organisation ,organisation de la matière qui occupe le moins moins de "olume "olum e est la structure cristalline/ cri stalline/ Le retrait augmente a"ec un refroidissement lent car lent car la matière a le temps de sWorganiser/ CWest pour cela cQurdu cristallise en contact a"ecque les le parois moule/ plus que la peau qui est
n obser"e une déformation angulaire due au retrait différentiel/ Malgré une température uniforme du moule# le refroidissement local de la pièce moulée "arie en fonction de
ses surfaces de contacts a"e a"ec c les parois du moule/ La Rone qui a un contact moindre a"ec le moule "a a"oir un retrait plus
Conception des pièces! les dépouilles •
!+POUILLES +a dépouille peut être indispensable pour permettre le démoulage de la pi"ce : 6n mo&enne! l'angle de dépouille est de l'ordre de 8 degré. 9l peut être plus faible pour les petites pi"ces: ! ou même !;0. mais devra être augmenté pour les pi"ces profondes : usqu'# ; ou )6 26S LH]# SVM6TD-6 26S P-6C6S ! Ces conditions sont nécessaires pour é"iter gauchissements et distorsions/ Y 6L6M6ATS 26 )D>A26 LA)H6HD ! Sources de gauchissement# possible# il faut essayer flambage deetc les///morceler ! dans lapar mesure des du é"idements# encoches //// Y 6L6M6ATS 26 )D>A26 )D >A26 SHD>C6 SHD>C6 ! nt tendance . gauchir et si le galbe ne peut Utre maintenu# il faut pré"oir des raidisseurs/
Les Surmoulages •
Surmoul&.e +es pi"ces a insérer peuvent Atre incorporés directement au moulage ou posés ultérieurement dans des logements prévus.
•
+es inserts doivent répondre # un certain nombre d'impératifs: 4 métal compatible avec le plastique : plastique : le 1 qui absorbe l'humidité entraCne la rouille de l'acier ordinaire! le cuivre est catal&seur d'o,&dation des 6 et ! le 7inc! l'aluminium et le bron7e sont # éviter avec les DE etc ... 4 leur forme doit permettre leur ancrage dans la mati"re pour mati"re pour s'opposer # l'arrachement : pans! gorges! plats! moletage! crênelage ... 4
+es angles vifs pouvant servir d'amorce de rupture! sont # proscrire.
Conception des pièces! les tolérances
Y La précision des pièces dépend
de la matière utilisée# J de la précision du moule et de tous les facteurs de mise en oeu"re de la matière ! J traitements thermiques aux di"erses étapes# J
J J J
pression dWinjection# contraintes de démoulage# déformations au stoc;age/
Ae pré"oir des tolérances serrées que pour les cotes qui le nécessitent absolument# car le prix de re"ient augmente rapidement/
1 titre d'e,emple ! le co>t peut passer de 8 pour des tolérances normales # 8F pour des tolérances serrées et # "ous de jouer ______________
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