Formation Plastique (Chimie Courte)

 

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? ! PT6 &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 PT6 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?5C

:asse densité# ilms pour l,emballage# tubes# haute densité# bouteilles linéaire haute densité

305C

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 45C 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 79C

ilms pour l,emballage# tubes# pièces pour l,automobile &grades renforcés' Tubes# cbles# 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 339C

>utomobile# jouets# électroménager &coques &coques de téléphones# T@'

Polymethylmetacrylate &PMM>'

>morphe# dur# >morphe# dur# transparent

Damollit "ers 339C

: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 3B9C

renforcé a"ec des fibres de "erre

optiques ! "itres "itres < remplacement de métal/

>morphe# bonnes propriétés

Damollit "ers =39C

>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$ ?99C

P>0# P> 0/0# >utomobile# fibres fibres textiles P>33# P>3=# P> B/0 Denforts @

Polyphtalamide &PP>'

Semi$cristallins :onnes propriétés mécaniques

??9C ?? 9C

Denfo Denfort rts @

>ut >utomobil obile e

Polyoxyméthylène &PM' ou acétal

Semi$cristallin :onnes propriétés

349C

Denfort Denforts @

>utomobile# obile# remplac placement de métal

mécaniques Polysulfure de phénylène &PPS'

Semi$cristallins :onnes propriétés mécaniques# auto$extinguible

=79C

Polytetrafluoro$ éthylène &PT6'

-nertie chimique# bas ?? ??9C 9C 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

DN2-> :>V6D

L>TSCNHLM>A

2SM 2HPATS 26 A6MHDS

bjets

SL@>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 chssis 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 . ?=9C et lWinjecte dans le moule sous une température pression de 599 . 3599;gcmZ 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'inection 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'obet 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 3inection

•

distribution pour séparer la pi"ce des canau, de distribution apr"s moulage +a pos#t#o$  du point d 3inection 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'inection 5 6viter l'alimentation du moule face # un obstacle % no&au du moule  . -i l'obet 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 3inection

 

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'éection! $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'éection 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 obets fabriqués sous l'effet de l'effort d'éection.  +e choi, udicieu, des 7ones d'action des éecteurs! 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 LA)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 ______________