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1– introduction : Les matières plastiques font désormais partie de notre quotidien. Certains polymères ont été découverts fortui-tement. Une matière plastique ou en langage courant un plastique est un mélange contenant une matière de base (un polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet. Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.

Les textiles (fils et fibres) ainsi que les élastomères ne sont pas des matières plastiques proprement dites.

Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état « pur », mais mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère.

Structure typique d'une formule : matière plastique = polymère(s) brut(s) (résine(s) de base) + charges + plastifiant(s) + additifs

Il existe un grand nombre de matières plastiques ; certaines connaissent un grand succès commercial. Les plas-tiques se présentent sous de nombreuses formes : pièces moulées par injections, tubes, films, fibres, tissus, mas-tics, revêtements, etc. Ils sont présents dans de nombreux secteurs, même dans les plus avancés de la technolo-gie.

Les premiers plastiques industriels très résistants ont été produits à partir du lait. La bakélite a connu un immense succès à partir des années 1920 ; ici sous forme de face avant d'un poste de radio. La caséine du lait a servi d'agent plastifiant en peinture dès le Moyen Âge et peut-être bien plus tôt.

Les matières plastiques sont pratiquement nées avec le XXe siècle. Des centaines de chercheurs et de bricoleurs de génie sont à l'origine de leur essor. Les premiers plasti-ques, artificiels, résultaient de la transformation chimique de polymères naturels tels le caoutchouc, la cellulose et la caséine (le squelette macromoléculaire étant préservé lors de cette transformation). La première matière plastique industrielle basée sur un polymère synthétique est la Bakélite.

2– historique : L'histoire des matières plastiques remonte à l'Égypte antique : quinze siècles avant J.-C., les Égyptiens employaient des colles à base de gélatine, caséine ou albumine ;

fin du XVe siècle : Christophe Colomb apporte des plants de caoutchouc appelés Cao (bois) tchu (qui pleure) par les Amérindiens ;

1736 : les naturalistes français Charles Marie de La Condamine et François Fresneau de La Gataudière décou-vrent le caoutchouc naturel dans le bassin amazonien un peu par hasard ;

1835 : Henri Victor Regnault découvre par accident la réaction de polymérisation du chlorure de vinyle ;

1839 : l'américain Charles Goodyear découvre (assez fortuitement d'ailleurs) le procédé de vulcanisation du caoutchouc naturel par le soufre ;

1862 : l'anglais Alexander Parkes présente la Parkesine (issue de la cellulose), l'un des plus anciens polymères artificiels, lors de l'Exposition universelle de Londres. Cette découverte est à la base de l'industrie plastique moderne ;

1870 : les frères Hyatt inventent le Celluloïd (utilisé dans les balles de tennis de table) qui est considéré comme la première matière plastique artificielle, dont l'origine remonte à 1856. Il est obtenu en plastifiant la nitrocellu-lose (issue de la nitration de la cellulose du bois) à chaud par le camphre. Il fait suite à un embargo de boules de billard en ivoire pendant la guerre de Sécession aux États-Unis d'Amérique. Mais ces ersatz de faible qualité furent remplacés dès 1890 par des boules en Galalithe ;

INDUSTRIALISATION DES PRODUITS: S8 Les matières plastiques. 1

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1884 : Hilaire de Chardonnet invente la viscose en dissolvant de l'acétate de cellulose dans du chloroforme ;

1889 : un chimiste français, Jean-Jacques Trillat, travaillant sur la caséine du lait, réussit à la durcir et obtient la Galalithe ou « pierre de lait ». Cette matière est plus dure que la corne, plus brillante que l'os et plus soyeuse au toucher que l'ivoire. Bientôt toutes les boules de billard seront en Galalithe. En 1918, commence la fabrication d'articles courants, comme le bouton, le bijou fantaisie, le fume-cigarette ou encore le stylo ;

1907 : le chimiste belge, naturalisé américain Leo Baekeland découvre les résines formo-phénoliques (sous le nom de Bakélite), les plus anciens polymères synthétiques industriels ; produites par polycondensation du phé-nol et du formaldéhyde (famille des phénoplastes) ; utilisées à l'origine pour les boîtiers de téléphone, coques de rasoir, poignées de casserole, prises électriques, cendriers, etc. ;

la même année, le chimiste allemand Fritz Hofmann réalise les premiers caoutchoucs synthétiques en polyméri-sant des diènes conjugués ;

1908 : découverte de la cellophane par le chimiste suisse Jacques Brandenberger ;

1919 : le chimiste allemand Hermann Staudinger, prix Nobel de chimie en 1953, introduit la notion de macro-molécule puis réalise la polymérisation de nombreux monomères éthyléniques. Il peut être considéré comme le père de la science macromoléculaire ;

1920 : premières études des réactions phénol-épichlorhydrine par Paul Schlack de la société IG Farben Indus-trie, conduisant aux résines époxydes ;

1931 : première fabrication industrielle du polychlorure de vinyle (PVC) ;

1932 : après plus de vingt ans de recherches, développement par Otto Röhm et Haas, en collaboration avec la société IG Farben, d'un grand nombre de dérivés polyacryliques, dont le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), commercialement connu sous le nom de Plexiglas ; utilisation : feux arrière et de clignotant, certains carters de véhicule, hublots d'avion, fibres optiques, enseignes lumineuses ;

1933 : obtention par polymérisation radicalaire du polyéthylène basse densité (PEBD) (LDPE pour les Anglo-saxons) (densité d~0,92) par les ingénieurs anglais Eric Fawcett et Reginald Gibson de la firme ICI en opérant sous très haute pression à environ 200 °C. Le polyéthylène (PE) est la seule polyoléfine qui puisse être obtenue par voie radicalaire ;

1935 : les polyamides (PA) (connus sous le nom de Nylon) sont sortis des éprouvettes du chimiste américain Wallace Hume Carothers travaillant pour Du Pont de Nemours. En 1938, la firme annonce officiellement la découverte d'une fibre synthétique « aussi solide que l'acier, aussi fine que la toile d'araignée, et d'un magnifi-que éclat ». Ce fut le premier plastique technique à haute performance, avec en particulier un coefficient de friction faible. Applications : fait ses preuves dans les parachutes des GI au moment du Débarquement, puis utilisé dans la confection de bas ; engrenages, cages de roulement à billes, corps de perceuse, têtes de maillet, visserie plastique, semelles de chaussures de football ;

fabrication industrielle du polystyrène (PS) à Ludwigshafen, suivie d'un rapide développement en Allemagne ;

1936 : la société Rhône-Poulenc crée le Rhodoïd, à base d'acétate de cellulose ;

1937 : le Pr Otto Bayer synthétise les premiers polyuréthanes, aussi appelés polycarbamates ; applications : adhésifs, fibres Spandex, « mousses » pour matelas et coussins, sièges de voiture, etc. ;

1938 : Roy J. Plunkett, un chimiste américain de Du Pont de Nemours, découvre par hasard le polytétrafluoroé-thylène [formule moléculaire (-CF2-)n] (PTFE) (principalement connu sous le nom commercial de Téflon ; présent dans le Gore-Tex), un isolant qui offre une excellente résistance chimique et à la chaleur (stable jusqu'à 250 °C en service continu, avec pointes possibles à 300 °C). Isolant étanche, il sert dans l'industrie nucléaire militaire, avant de recouvrir dans les années 1960 les poêles à frire des cuisines (application de son pouvoir antiadhésif) ; joints d'étanchéité.


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La Seconde Guerre mondiale exacerba les besoins en matières premières :

1941 : la résine « mélamine-formol », alias Formica (marque déposée), envahit les cuisines. Cette résine très dure fait partie de la famille des aminoplastes. Elle a été développée dans les années 1930 et 40 par des firmes telles American Cyanamid, Ciba et Henkel, mais sans véritable succès commercial. Ses propriétés élevées de résistance à la plupart des produits chimiques, à la chaleur, à la lumière, à l'abrasion et au feu expliquent son succès dans l'immédiat après-guerre. Les aminoplastes sont par ailleurs utilisés comme adhésifs/liants dans l'industrie du bois ;

les silicones (SI), thermostables dotés de propriétés antiadhésives ; utilisation dans les industries électriques, aéronautiques et du biomédical (isolants électriques puis fluides amortisseurs dans les trains d'atterrissage des avions, chirurgie plastique, huiles de moteur, mastics, peintures, cosmétiques, etc.) ;

découverte du polyéthylène téréphtalate (PET) par J. R. Whinfield et J. Dickson.

Pour couvrir ses besoins, l'Allemagne, rapidement privée de ses ressources en latex naturel, avait produit durant la Première Guerre mondiale du caoutchouc « Buna », un substitut plutôt médiocre de cette substance. Ses re-cherches sur de nouvelles matières plastiques se poursuivirent au cours de la Seconde Guerre mondiale (réalisées notamment par IG Farben) et, en 1945, la production de caoutchouc synthétique (néo-buta) s'élevait à un million de tonnes.

À partir de la Libération, l'élan scientifique et technologique insufflé à l'industrie par la guerre se poursuivit et de nouvelles matières furent synthétisées telles les nouveaux polyamides, le polycarbonate et les polyacétals.

Le polycarbonate : une résine transparente comme le verre, la solidité en plus. Utilisée dans les blindages, elle a équipé le casque des astronautes en 1969 sur la Lune.

Puis les découvertes de nouvelles matières se firent plus rares : 1950 : synthèse des premiers copolymères du polystyrène, marquant une nette amélioration des qualités du PS homopolymère (tenue au choc en particulier, température limite d'utilisation, tenue aux solvants organiques) ;

1953 : les chercheurs Bottenbruch, Krimm et Schnell de Bayer AG découvrent le polycarbonate (PC), un poly-mère très transparent et extrêmement résistant aux chocs. Il a équipé le casque des astronautes pour la mission Apollo 11 en 1969. Utilisation : dans plus de 80 % des visières de casque de moto, CD, biberons incassables, phares d'automobile, profilés de toiture, vitres de cabine téléphonique, vitres pare-balles, châssis d'ordinateurs portables, etc. ;

le chimiste allemand Karl Ziegler et son équipe découvrent fortuitement un système catalytique permettant la polymérisation linéaire de l'éthylène (ou éthène) sous pression modérée (de l'ordre de 2 à 3 MPa), produisant le polyéthylène haute densité (PEHD, densité~0,95) au faible degré de ramification ;

1954 : un an plus tard, le chimiste italien Giulio Natta met au point, utilisant les catalyseurs « Ziegler », le poly-propylène (ou polypropène) isotactique (PP ou PPi pour le différencier du polypropène syndiotactique de sigle PPs). Ziegler et Natta se partagent le prix Nobel de chimie en 1963 grâce à leurs travaux en science des poly-mères. Remarque : le PP atactique présente peu d'intérêt économique ;

1955 : travaux de la société Phillips Petroleum sur la polymérisation linéaire coordinative sous relativement basse pression de l'éthylène, grâce aux catalyseurs stéréospécifiques, fournissant le PEHD ;

1961 : commercialisation de l'Estane (BF Goodrich), un polyuréthane thermoplastique (TPU en anglais). Autre exemple d'élastomère thermoplastique (TPE ou TPR en anglais) : le copolymère séquencé (copolymère bloc) SBS ou poly(styrène-b-butadiène-b-styrène) ;

1965 : découverte par les chercheurs Stéphanie Kwolek et Herbert Blades de la firme Du Pont de Nemours d'un « super-nylon », le Kevlar, une fibre aramide légère et particulièrement résistante :

à la déchirure et aux chocs : gilets et vitres pare-balles, couches anti-perçage ;


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au feu : casques et vestes des sapeurs-pompiers, gants de cuisine, etc. Son grand succès dans ce domaine est aussi dû à l'interdiction de l'amiante ;

à la corrosion (voiles, amarres de pétrolier) ;

dans les années 1990, le terpolymère ABS tend peu à peu à remplacer les résines « mélamine-formol ». C'est une matière plus noble que le polystyrène, très utilisée en habillage d'équipements électroménagers (corps d'as-pirateur), pour jouets rigides, enjoliveurs, parfois en emballage (couvercles), en accessoires de salles de bains et dans l'industrie ;

l'ABS existe aussi en version translucide (M-ABS dit ABS transparent) ; il est métallisable par galvanoplastie pour imiter l'aluminium ; utilisation : contenants en cosmétique... ;

il peut être mélangé avec du polycarbonate pour former un alliage polymère PC/ABS (noms Anjablend A, Bayblend, Pulse) (pièces pour automobiles). Le Noryl est un autre exemple de mélange polymère-polymère ;

2000 : pour le développement des polymères conducteurs intrinsèques, les chercheurs Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid et Hideki Shirakawa sont récompensés par le prix Nobel de chimie.

Depuis une trentaine d'années, les voitures, les trains et les articles électroménagers (machines à laver...) n'ont cessé de s'alléger en métal et de gagner en performance grâce à l'apport des matériaux plastiques.

Les plastiques armés (matériaux composites) [typiquement les résines polyesters et polyépoxydes renforcées fibres de verre (verre : d~2,5)], plus légers pour égale résistance que l'acier ou l'aluminium, et insensibles à la corrosion, sont des matériaux non traditionnels. Certains types sont de plus en plus utilisés dans le secteur aéro-nautique.

De nouveaux plastiques toujours plus respectueux de l'environnement (recyclage et biodégradabilité amélio-rés), moins dépendants du pétrole (réduction de coût), thermostables, plus transparents, incassables, ininflam-mables ou originaux sont en voie de développement.

3– caractéristiques : Les propriétés des matériaux plastiques ne cessent de s'améliorer ; ils ont perdu leur mauvaise réputation. On constate l'emploi grandissant de pièces en matières plastiques à la place de pièces métalliques, souvent plus onéreuses, plus sensibles à la corrosion, ou plus lourdes. Certaines caractéristiques techniques diffèrent notable-ment de celles des métaux : la densité des matières plastiques non expansées est nettement plus faible que celle des métaux (hors magné-sium) : de 0,83 (cas du poly-4-méthyl-pentène-1 désigné par PMP) à 2,15 (PTFE), avec 1,2 comme valeur moyenne. La densité d'un polymère est directement fonction du taux de cristallinité. Par ailleurs, la rigidité et la résistance mécanique augmentent avec ce taux ;

température de transformation plus basse : couramment comprise entre 100 °C (le PS est facile à travailler : extrudable dès 85 °C) et 300 °C (le PC est injecté vers 300 °C). Les bioplastiques sont transformés de 160 à 200 °C, contre environ 220 °C pour des compounds ordinaires équivalents ;

élasticité plus élevée (jusqu'à 800 % d'élongation à la rupture pour le PEHD) ;

thermostabilité des polymères thermoplastiques nettement inférieure à celle des métaux. Rares sont les plasti-ques résistant à plus de 250 °C pendant de longues périodes dans l'air. Des modifications structurales, particu-lièrement parmi les matières thermoplastiques, permettent d'élargir le domaine thermique d'utilisation vers les basses ou hautes températures ;

module d'élasticité plus faible (le module du PEBD est peu élevé : E~200 MPa ; à l'opposé, les aminoplastes présentent un module très élevé). Une incorporation croissante de fibres augmente le module d'élasticité et la contrainte à la rupture (ténacité) du composite. La dilatation thermique des matériaux est inversement propor-tionnelle à leur module de traction. Le coefficient de dilatation des polymères thermoplastiques est supérieur à celui des métaux ;


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tenue (ou résistance) aux agents chimiques : en règle générale, les polymères résistent aux acides et aux ba-ses [grande inertie chimique du PTFE et du PE (en raison de sa structure paraffinique)]. Ils sont cependant sen-sibles aux solvants (bonne tenue du PTFE, PBT et PA-6,6) ;

les polymères ont un comportement viscoélastique. En effet, ils démontrent simultanément des propriétés élas-tiques et un caractère visqueux. Dans ce dernier cas, la matière s'écoule en réponse à une contrainte ;

certains plastiques sont des amortissants vibratoires ; exemples : ABS, copolymère bloc SIS [ou poly(styrène-b-isoprène-b-styrène)]... ; intérêt en vibroacoustique ;

la plupart des polymères thermoplastiques amorphes non chargés (et non colorés...) sont transparents (PMMA, PC, PS « cristal », etc.) ;

certains plastiques manifestent une grande résistance à l'impact (PC, PET, PMMA, etc.) ; certains sont résistants à l'abrasion (PTFE, PVC rigide, polyamides, PET, aminoplastes, etc.). Le PTFE possède un coefficient de friction particulièrement faible qui lui permet d'être un lubrifiant solide.

Les matrices organiques sont des isolants thermiques et électriques, ainsi que les fibres de renfort (sauf fibres de carbone) :

la conductivité thermique des polymères est environ cent fois plus faible que celle des métaux ; ainsi, beaucoup de matières plastiques, en particulier les mousses, sont utilisées comme isolants ;

conductivité électrique très faible ; les plastiques servent traditionnellement pour l'isolation de fils et câbles électriques (PTFE, PEHD).


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Caractéristiques physiques moyennes de quelques polymères thermoplastiques usuels.

Code Densité Taux de cris-tallinité (%)

Tg (°C) Tf ou Tr (°C) Tmaxi utilisa-tion (°C)

Module E (GPa)

ABS 1,04-1,12 0 85-125 105-120 70-85 2,5

PA-6 1,13 50 52 215 85 1

PA-6,6 1,14 50 57 260 90 1,5

PC 1,20 0 150 220-250 120 2,4

PE-HD 0,95 80-95 -110 124-135 90 0,8-1,2

PE-LD 0,92 50-70 -110 100-125 70 0,15-0,3

PET amorphe 1,30 0 65-80 255 100 2,7

PET cristallin 1,40 40 65-80 260 100 4,1

PMMA 1,18 0 105 100 60-90 3

PP 0,91 60-70 -10 165 100 1,3

PS « cristal » 1,05 0 80-100 100 60 3,2

PVC rigide 1,38 0-5 80 100-120 65 2,4

4– rappel de chimie macromoléculaire : Les plastiques prêts à l'emploi sont souvent constitués de longues chaînes carbonées. Ils sont en général dérivés de combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon). Diverses substances (charges, plastifiant(s) et additifs), dont la proportion en masse peut être majoritaire, sont incorporées lors de la fabrication.

La matière de base (la résine) est un polymère. Les résines des matières plas-tiques sont issues de produits intermédiaires (éthylène, propylène, acétylène, benzène, etc.) dont les matières premières sont le pétrole (notamment grâce au procédé de vapocraquage du naphta), le gaz naturel et le charbon.

Un polymère est un système formé par un ensemble de macromolécules. Une chaîne polymère est constituée d'un grand nombre d'unités monomères. La viscosité et la résistance méca-nique d'un polymère augmentent avec le degré de polymérisation (DP ou n) ; ce dernier définit la longueur des chaînes.

Si le degré de polymérisation est supérieur à 3 000, le produit sera une matière plastique ; DP peut atteindre six millions. Les matières plastiques sont synthétisées par polymérisation de monomères ou de (pré)polymères :

les polymères monodimensionnels (linéaires ou ramifiés) résultent de la polymérisation de monomères biva-lents ;

les polymères tridimensionnels sont formés par polymérisation de monomères dont la valence moyenne est supérieure à deux, ou par réticulation (par voie chimique ou physique) de polymères linéaires.

La polymérisation est un processus important dans l'industrie chimique car les polymères en résultant doivent présenter les propriétés souhaitées, notamment, la durabilité, l'inertie chimique vis-à-vis de nombreux produits, l'élasticité, la transparence et les résistances mécanique et thermique.

Il existe deux catégories de polymérisations : les polymérisations par étapes, faisant appel à des polycondensations (conduisant par exemple aux polyamides ; la réaction se fait par élimination de molécules simples, surtout l'eau) ou à des polyadditions (pour produire par exemple les polyuréthanes). Les polymères obtenus contiennent souvent des hétéroatomes caténaires, tels les polyamides avec l'atome d'azote ;

les polymérisations en chaîne. Suivant le type de centre actif, on distingue les polymérisations radicalaires, cationiques, anioniques ou coordinatives (dans ce quatrième cas, le centre actif propageant est un complexe de coordination entre le monomère et un atome de métal de transition tel le titane ou le zirconium). Cette seconde catégorie concerne essentiellement des monomères vinyliques qui conduisent à des polymères constitués d'en-chaînements -C-C-.

Pour améliorer certaines propriétés, les matières plastiques du commerce sont parfois constituées d'une résine de base modifiée par une autre résine ou un élastomère (intérêt de la copolymérisation). Il n'existe pas de macromolécules bidimensionnelles préparées par synthèse. Il existe quatre techniques de préparation des polymères : polymérisation en masse, en solution, en suspension et en émulsion. Exemples : les polymères thermoplastiques PE, PVC et PS peuvent être synthétisés par ces qua-tre méthodes de polymérisation. La copolymérisation fournissant l'ABS s'effectue le plus souvent par le procé-dé en émulsion aqueuse, grâce à la formation de micelles.


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Formulation du matériau polymère Elle joue un rôle important. Les charges, plastifiants et additifs sont incorporés et dispersés dans la matrice de la résine pour améliorer ses caractéristiques (résistance thermique, au feu, chimique, aux chocs ou au vieillisse-ment, masse volumique, couleur, etc.) ou sa mise en œuvre (souplesse...)

La formulation doit être non toxique. Une fiche de données de sécurité (FDS) de la préparation doit parfois être fournie à l'utilisateur.

Production de granulés (compoundage, ou compounding en anglais) à partir du formulat (polymère formulé) homogène, au moyen d'un malaxeur-extrudeur et d'une extrudeuse. Les granulés seront utilisés, par exemple, pour le moulage par injection. On distingue (liste non exhaustive) : la(les) résine(s) de base : apporter de la cohésion au matériau ; les charges : diminuer le coût de la pièce, améliorer certaines propriétés mécaniques ou des propriétés spécifi-ques ; jusqu'à plus de 100 % d'incorporation en masse dans le matériau polymère pour certains plastisols. Les améliorations sont d'autant plus marquées que la granulométrie est fine. On relève :

charges d'origine minérale (souvent utilisées) en poudre : carbonate de calcium naturel, silices naturelles, silice synthétique (amorphe, agent thixotropique), talc, argile, kaolin, noir de carbone, graphite, barite (d~4,4), ferrite de baryum, etc.,

charges organiques : farine de bois (faible coût) ou d'écorce de fruits, pâte de cellulose, amidon (améliore la biodégradabilité), poudre élastomère (antichoc), etc., charges métalliques : rendre la matrice organique partiellement conductrice (ajout de poudres ou paillettes d'aluminium, cuivre, zinc, etc.),

charges renforçantes fibreuses : améliorer les caractéristiques mécaniques, la tenue thermique et la stabilité dimensionnelle du matériau composite (diminution du retrait) (fibre de verre, mica...),

charges renforçantes non fibreuses ; les charges sphériques les plus utilisées sont les « microbilles » de verre creuses : allègement (car billes creuses), meilleures rigidité et tenue en compression de la résine chargée,

nouvelles applications : argile nanométrique (très fine), incorporée jusqu'à 5 % (pour nanocomposites et emballages de bouteilles),

céréales : améliorer la recyclabilité (jusqu'à 50 % d'incorporation),

lin : augmenter la dureté du polypropylène ;

le(s) plastifiant(s) : diluant(s) peu volatil(s) de faible masse molaire, à l'état solide, ou à l'état liquide (plus ou moins visqueux) ; rendre en particulier le composé obtenu plus flexible, plus résilient, diminuer la température de transition vitreuse et la température de mise en œuvre ; ajouté(s) en proportion variable (d'une faible propor-tion jusqu'à 50 % d'incorporation dans certains plastisols) (phtalates, adipates, sébaçates, phosphates, polyes-ters, etc.) ;

Les additifs : En général, ils accroissent notablement une propriété spécifique et sont incorporés à faible proportion. Nombre d'entre eux n'ont pas fait l'objet d'une évaluation complète de sécurité en termes de toxicologie ou d'écotoxico-logie (en Europe par l'EFSA). Faute de réglementation internationale et dans l'attente de l'application du règle-ment REACH, ils sont essentiellement autorisés et contrôlés au niveau national. En Europe, la liste d'additifs de la Directive 2002/72/EC concernant les matières plastiques et des articles qui entrent en contact avec des pro-duits alimentaires deviendra une liste positive (les produits non listés seront interdits) au 1er janvier 2010. Une liste provisoire existe jusqu'à cette date[19].

Exemples d'additifs : système de réticulation (pour synthétiser des polymères tridimensionnels) : permettre la formation d'un réseau tridimensionnel (réticulation) à partir de polymères linéaires ; contient durcisseurs, catalyseurs, accélérateurs, etc. ;


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stabilisants : retarder la dégradation du polymère ; stabilisants au dioxygène (antioxydants ; tels certains phé-nols à encombrement stérique ou la diphénylamine ; pour les ABS, PE, PS, etc.), à l'ozone (antiozonants ; concerne par exemple les polymères issus du butadiène), stabilisants thermiques pour la mise en œuvre et pour la résistance à la chaleur en utilisation (pour les PVC, PMMA...), lumière (anti-UV ; tels les absorbeurs UV et les désactivateurs) ;

Des additifs ignifugeants sont inclus dans les résines de composants électriques ou électroniques. Facilité de transformation, tolérances serrées, rigidité et tenue en température constituent des contraintes à respecter, sui-vant l'application. ignifugeants : réduire ou empêcher les phénomènes de combustion (jusqu'à 10 % d'incorporation) (alumine hydratée, phosphonates...) ; indispensables chaque fois que la sécurité est en jeu car la plupart des matières plastiques sont particulièrement inflammables ; doivent être stables dans le temps, peu ou pas toxiques ;

agents gonflants : obtenir un produit-mousse (composé cellulaire peu dense, la densité peut atteindre 0,005) ; un gaz peut être libéré par la décomposition chimique de l'agent sous l'action de la chaleur (isolation, sièges et volants d'automobile, etc.) ; lubrifiants : faciliter la mise en œuvre en augmentant le glissement (jusqu'à 2 % d'incorporation) (cires, stéarate de calcium...) ;

promoteurs d'adhésion : améliorer l'adhésion sur le verre, les fibres de verre ou sur un métal (silanes, titanates, composés contenant des groupements polaires, etc.) ;

colorants (pigments solides insolubles dans le polymère, tels le noir de carbone ou les oxydes métalliques ; ou colorants organiques solubles dans le polymère) : donner une couleur ;

agents antistatiques : s'opposer aux dépôts de poussières en rendant le plastique conducteur en surface ; en ef-fet, la plupart des polymères sont de faibles conducteurs électriques ; fongicides et bactéricides : résister à l'attaque des micro-organismes (asepsie), surtout en milieu humide ;

solvants : pour peintures (enduction), adhésifs...

Certains constituants sont multifonctions.

5– propriétés : 5-1 propriétés thermiques Relation structure-propriétés : chaînes linéaires (cas des polymères thermoplastiques, schéma de gauche) et réseau de molécules (thermodurcissables, à droite). On peut classer les polymères en deux types, en fonction de leur comportement à la chaleur : les thermoplasti-ques (polymères linéaires, ramifiés ou non) et les thermodurcissables [polymères tridimensionnels (réticulés)] : portés à une température suffisante (au-dessus de leur température de transition vitreuse Tg ou de fusion Tf), les polymères thermoplastiques se trouvent à l'état « fondu » (état fluide ou déformable) et sont donc suscepti-bles de s'écouler sous l'action d'une contrainte. Cela permet leur mise en forme au moyen des techniques habi-tuelles (thermoformage, extrusion, injection, etc.). L'opération peut se répéter plusieurs fois ;

les polymères thermodurcissables durcissent (réticulent) lors d'un premier chauffage (ou éventuellement à tem-pérature ambiante). Dans le domaine des peintures, c'est une propriété très souvent mise à profit. Un apport de chaleur peut déclencher une réaction de polymérisation tridimensionnelle qui crée des pontages entre les chaî-nes de polymère et durcit de manière irréversible le matériau.

5-2 propriétés mécaniques

Les polymères thermodurcissables sont souvent rigides et fragiles tandis que les polymères thermoplastiques et les élastomères montrent une résistance mécanique médiocre très affectée par la température. Pour ce qui concerne la structure moléculaire, les matériaux polymères solides sont soit : semi-cristallins [présence de zones cristallines (cristallites et sphérolites) et existence d'un intervalle de fusion


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étroit qui permet une transition rapide de l'état solide ou pâteux à l'état fluide, par élévation de température], à morphologie hétérogène (exemples : PE, PPi, PA, polyesters thermoplastiques, POM [(-CH2-O-)n], PTFE) ;

soit amorphes, montrant un ramollissement progressif par élévation de température (PS et ses copolymères, PMMA, PC, PVC, etc.).

Remarque sur l'influence de la tacticité : un polymère atactique (PMMA, PS...), dont la chaîne macromoléculai-re présente une forme géométrique irrégulière, ne peut pas cristalliser, contrairement à un polymère isotactique ou syndiotactique.

La structure des polymères est reliée aux propriétés thermomécaniques. Par exemple, lors de la mise en œuvre par injection, les plastiques amorphes sont plus tolérants [process plus aisé, retrait (shrinkage en anglais) plus faible au refroidissement] que les semi-cristallins (ces derniers ont une prédisposition à cristalliser).

Le taux de cristallinité d'un polymère influence les propriétés mécaniques (le module d'Young augmente lors-que le taux de cristallites augmente. Inversement la limite de déformation élastique diminue). On admet en général que les propriétés d'un plastique technique sont optimales lorsque la cristallinité moyenne permet de combiner la résistance mécanique et thermique de la phase cristalline à la résilience de la phase amorphe (pratiquement 50 à 60 %. La plupart des polymères thermoplastiques ne sont pas utilisés au-dessus de 120 °C, température à laquelle se produit un ramollissement (pour les amorphes) ou une fusion (pour les semi-cristallins), qui supprime les pro-priétés mécaniques. Les polymères thermoplastiques amorphes sont utilisés en dessous de leur Tg, à l'état vi-treux. En principe, les matières thermodurcissables ont une meilleure tenue thermomécanique (à la chaleur, au feu, au fluage, faible retrait, etc.) et chimique que les thermoplastiques. Les meilleurs thermostables sont des thermodurcissables.

Lorsque les matériaux plastiques sont observés en service, on se rend compte qu'ils sont soumis à des contrain-tes qui provoquent des déformations pouvant dans certains cas conduire à la rupture. Le comportement en ser-vice des matériaux définit leurs propriétés d'usage.

Il est important de connaître les propriétés intrinsèques (inhérentes aux matériaux) afin de faire un choix judi-cieux de la matière la plus apte à remplir les fonctions qui lui sont assignées. La résistance des matériaux est la science qui va, à partir de propriétés propres à chaque matériau, définir les caractéristiques et conditions d'utili-sation de chacun.

Les propriétés mécaniques font partie des propriétés intrinsèques des matériaux et sont définies à partir d'essais comparatifs, normalisés. En général, on utilise les normes ISO, ASTM et DIN, ou des normes « maisons » lors-que les tests sont directement liés aux propriétés d'usage.

Les propriétés mécaniques sont ensuite utilisées pour prédire les propriétés finales des objets finis. Cependant, certaines caractéristiques structurales liées à la transformation des matières plastiques, telles le degré de cristal-linité, l'orientation des chaînes macromoléculaires, ou les tensions internes résultant des conditions de mise en œuvre et de refroidissement, peuvent influencer les propriétés de l'objet. Ces propriétés sont appelées propriétés de transformation. On peut résumer les propriétés du matériau comme suit : propriétés intrinsèques (propres au matériau) ; propriétés de transformation (fonction des méthodes et conditions de mise en œuvre) ; propriétés d'usage (définies par les conditions d'utilisation). Un grand nombre d'essais mécaniques utilisés pour caractériser les matières plastiques découle des techniques d'analyse des métaux telles la mesure du module d'élasticité, de la résistance à la traction et de l'allongement à la rupture.

Caractérisation mécanique : courbe contrainte-déformation établie pour un échantillon de trois matériaux-types. Les analyses mécaniques et rhéologiques sont basées notamment sur des essais de traction, compression, cisail-lement, flexion et torsion.

Les équipements d'analyse comprennent les appareils de mesure de l'indice de fluidité à chaud (pour les poly-mères thermoplastiques) (MFI, Melt flow index en anglais), les appareils de traction, les extensomètres, les


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analyseurs DSC, les viscosimètres (de type rotationnel, cône-plan ou capillaire) (pour les thermoplastiques), les analyseurs DMA (ces deux derniers instruments sont dédiés aux mesures dynamiques), les appareils de choc Izod et choc Charpy, etc.

En ce qui concerne les polymères solides, un simple essai de traction uniaxial permet de mesurer certaines pro-priétés mécaniques. Les matériaux se répartissent d'après leur comportement en contrainte-déformation, en trois catégories généra-les : rigides (souvent peu ductiles et peu résistants aux chocs), plastiques ou élastomères. Le graphique intitulé « Caractérisation mécanique » obtenu lors d'un essai de traction met en évidence ces trois catégories :

la courbe A illustre le caractère en contrainte-déformation d'un poly-mère rigide (module élevé) dont la rupture se produit quasi simultané-ment à la limite d'élasticité. Le polymère a un comportement fragile (faible allongement à la rupture) ;

la courbe B montre que le comportement de certains matériaux plasti-ques est semblable à celui de nombreux matériaux métalliques : la déformation élastique initiale est suivie d'une déformation plastique. Le matériau est tenace (fort allongement à la rupture) ; la courbe C indique une déformation élastique dans un large domaine de déformation ; ce comportement méca-nique est typique d'un élastomère.

Les matières plastiques ont des propriétés mécaniques influencées par les principaux facteurs suivants : la température ; la cohésion des polymères ; la modification des propriétés mécaniques moléculai-res des polymères ; leurs conditions de transformation. Globalement, le module d'élasticité et l'allongement à la rupture des polymères rigides se déterminent de la même façon que dans le cas des métaux. La limite d'élasticité Re des polymères plastiques équivaut sur la courbe à la valeur maximale de la contrainte se situant à la fin de la région élastique linéaire. De plus, la résistance à la traction Rm corres-pond à la contrainte entraînant une rupture ; elle peut prendre une valeur supérieure ou inférieure à Re. Il est important de souligner que les propriétés mécaniques des polymères thermoplastiques et des élastomères dépendent fortement de la température (voir le graphique intitulé « Influence de la température »), des contrain-tes extérieures et du temps d'observation. Une élévation de température fait passer un matériau thermoplastique d'un comportement rigide et fragile à un comportement ductile et tenace.

6– transformation : Plus que tout autre matériau, les matières plastiques offrent un large choix de techniques de transformation. Les produits initiaux [formulations complètes (nommées aussi matériaux polymères), compounds] se présentent sous forme de granulé, poudre, pastille, pâte ou liquide. Les matières hygroscopiques (PA, ABS, PBT, PMMA, etc.) subissent un préséchage avant la mise en œuvre afin d'éviter tout défaut lié à l'humidité sur les pièces plas-tiques. Les états plastique ou visqueux sont nécessaires pour mettre en œuvre les techniques de mise en forme des ma-tériaux polymères.

Les transformateurs réalisent les objets finis destinés aux utilisateurs à l'aide de matériels et de matières four-nies par les producteurs de polymères ou les compoundeurs.


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Influence de la température : courbe établie pour un échantillon de plastique à différentes températures.


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6-1 l’injection des matières plastiques : Le moulage par injection, aussi appelé injection plastique, est un procédé de mise en œuvre des thermoplastiques. La plupart des pièces en thermoplastique sont fabriquées avec des presse d'injection plastique : la matière plastique est ramol-lie puis injectée dans un moule, et ensuite refroidie. Le moulage par injection est une technique de fabrication de pièces en grande ou très grande série. Il concerne avant tout les matières plastiques et les élastomères (caoutchoucs) mais aussi divers métaux et alliages à point de fusion relativement bas : alliages d'aluminium, de zinc (Zamak) ou encore laitons.

On rencontre des composants moulés par injection dans de très nombreux produits manufacturés : automobile, électroménager, matériel informatique, mobilier... Pour les pièces métalliques, les dimensions sont relativement limitées (les carters de boites de vitesses en alu-minium sont coulés par injection) mais pour les plastiques elles vont de quelques millimètres à plusieurs mètres (éléments de carrosseries automobiles, tables de jardin, par exemple). Les moules, installés sur une machine spéciale (presse), sont constitués le plus souvent de deux coquilles (partie fixe et partie mobile) qui sont fortement pressées l'une contre l'autre au moment du moulage puis écar-tées pour permettre l'éjection de la pièce moulée. Outre ces coquilles, le moule peut comporter un ou plusieurs noyaux destinés à former les parties creuses de la pièce et des poinçons permettant de réserver des ouvertures dans ses parois. Il arrive fréquemment que l'on place dans le moule des « inserts » qui se retrouveront par la suite inclus dans la pièce : il s'agit le plus souvent d'éléments filetés qui pallient localement la résistance insuf-fisante du matériau constituant le corps de la pièce. Procédé de mise en œuvre par injection plastique : • La matière plastique avant transformation se présente sous forme de petit granulé dépassant rarement le quelques millimètre. Ces granulés servent à alimenter la vis de plastification (type vis sans fin).

• Celle ci est chauffée et régulée en température via le fourreau de plastification. La rotation de la vis de plastification (entrainée par un moteur hydraulique) et l'action conjuguée de la température du fourreau permet de ramollir les granulés de matière plastique les amenant jusqu'à un état de visqueux.

• Cette matière est acheminée à l'avant de la vis de plastification donnant ainsi une réserve de matière prête à être injectée (c'est ce que l'on appel la phase de dosage). • Viens ensuite la phase d'injection dynamique ou la matière présente à l'avant de la vis de plastification, est injectée sous forte pression à l'intérieur d'un moule (ou cavité) présentant la forme de la pièce souhaitée. Le moule est régulé à une température inferieure à la température de transformation (allant de 15 °C à 130 °C dans certains cas). • La 3e étape est la phase de maintien, où l'on appli-que une pression constante durant un temps déterminé afin de continuer à alimenter les empreintes malgré que celle-ci soit remplie. Ceci afin de palier au retrait de la matière durant sont refroidissement. La pièce est refroidie durant quelques secondes puis éjectée.

• Un nouveau cycle peut commencer Paramètres et réglages : Les temporisations principales à régler sont : - le dosage, l'injection, l'ouverture, la fermeture, l'éjection, la post pression. Autres paramètres : - Température du fourreau, température de la matière, température du moule injection - Pressions durant l'injection et durant le maintien, la contrepression, la vitesse de rotation de la vis, la course de dosage - Courses d'ouvertures et d'éjections etc...

Moule à 4 tiroirs Un moule, doit remplir plusieurs fonctions : fonction mise en forme fonction alimentation fonction régulation fonction refroidissement de la pièce fonction éjection

Fonction mise en forme ou empreinte Dans un moule d'injection le nombre d'empreintes est généralement un nombre pair (en dehors des moules mono empreinte) ceci est fait pour des raisons d'équilibrage de remplissage. Le choix du nombre dépend essentiellement de la quantité à produire à fin de vie du moule. La forme de la pièce se fait par l'empreinte qui se répartit entre les deux parties (fixe et mobile) du moule et d'autres éléments auxiliaires tel que (tiroirs - cales montantes - noyaux) dans le but de faire des formes en contre dépouilles Fonction alimentation La fonction alimentation a pour but de transférer la matière plastifiée du fourreau de la presse, vers l'empreinte du moule. Au cours de ce chemine-ment, la matière est soumise à différentes contraintes en passant par : La buse d'injection, Le reçu de buse du moule Les canaux d'alimentations Les points d'injection Les formes de la pièces Les différents canaux d'alimentation , il existe deux grands types de canaux d'alimentation : Les canaux d'alimentations standards : Ils sont placés directement dans la plaque du moule et doivent être dé-moulés comme la pièce après chaque injection. La matière utilisée pour les canaux à chaque injection est per-due. Alimentation sans déchets ou canaux chauds : Ils doivent conduire la matière moulée dans l'empreinte sans déperdition de chaleur. Ils sont chauffés séparément de l'outillage (entre 180 °C et 300 °C suivant la matière injectée). Techniquement il faut donc isoler le canal du reste de l'outillage dont la température est nettement inférieure. La matière du canal n'est pas perdue. Fonction régulation La régulation de la température de l'outillage se fait à travers un liquide caloporteur qui peut être: 1/ l'eau pour des températures faibles (eau à 15 °C) 2/ l'huile pour des températures allant à 130 °C Ce liquide est envoyé à travers des canaux percés dans la carcasse de l'outillage et les empreintes en utilisant un thermorégulateur . Fonction éjection La plupart des pièces réalisées par injection plastique resteraient dans le moule après son ouverture et ne se-raient pas évacuées sous l'effet de la gravité seule si aucun système d'éjection n'existait. Plusieurs systèmes ont donc été conçus afin d'aider l'extraction de la pièce à l'ouverture du moule : Les éjecteurs sont des barres métalliques cylindriques pleines (parfois creuses) qui, lors de l'ouverture du mou-le, viennent pousser la pièce plastique pour l'extraire du moule. Il s'agit de la technique d'éjection la plus utili-sée car elle peut s'appliquer à quasiment toutes les pièces plastiques. Les traces des éjecteurs sont souvent visi-bles sur la pièce et sont considérées comme "inesthétiques". Les concepteurs de pièces injectées s'arrangent alors pour que ces traces d'éjecteurs se situent sur la partie cachée de la pièce plastique lors de son utilisation. Les plaques dévétisseuses La fonction de la plaque dévétisseuse est la même que celle des éjecteurs. Il s'agit d'une plaque qui va venir pousser sur les bords d'une pièce. Ces bords doivent donc se situer dans un même plan. L'avantage principal d'une plaque dévétisseuse est le fait qu'aucune marque n'est réellement visible sur la pièce finie.


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6-2 l’injection soufflage : L'injection-soufflage est un procédé de mise en forme de matériaux polymères thermoplastiques ou du verre qui est utilisé pour fabriquer des corps creux, tels des flacons et bouteilles. Ce procédé consiste à combiner la technique d'injection avec celle du soufflage. La matière est injectée pour former une « éprouvette » (préforme) qui peut intégrer le vissage final de la pièce. La préforme peut être stockée, transportée ou directement réchauffée pour être ensuite soufflée à la forme voulue. L'éprouvette est alors en-fermée dans un moule de soufflage en deux demi-coquilles ayant la forme désirée. Une extrémité de la préforme est pincée. De l'air comprimé (le plus souvent) est ensuite injecté dans la cavité par l'orifice de la préforme afin de plaquer la matière contre l'empreinte refroidie et figer la pièce dans sa forme finale. 6-3 l’extrusion : L'extrusion est un procédé de fabrication (thermo)mécanique par lequel un matériau com-pressé est contraint de traverser une filière ayant la section de la pièce à obtenir. On forme en continu un produit long (tube, tuyau, profilé, fibre textile) et plat (plaque, feuille, film). Les caden-ces de production sont élevées. L'extrusion donne des pièces présentent des états de surface excellents, ce qui permet souvent de les utiliser sans usinage complémentaire. La mas-se moyenne des pièces extrudées est de l'ordre du kilogramme. L'extrusion s'applique à divers produits tels les métaux (voir l'article Filage), les matières plastiques, les caout-choucs, les matériaux composites, mais aussi l'argile pour la fabrication des briques alvéolaires, les pâtes ali-mentaires. Contrairement au laminage et au profilage de bandes qui se limitent généralement à des formes sim-ples, elle permet d'obtenir des formes très complexes et des profilés creux. Différentes technologies s'appliquent à l'extrusion : extrusion-gainage du matériau polymère : utilisée pour le revêtement de fils et câbles ; extrusion-formage : la matière (en granulés ou en poudre) est extrudée sous forme de nappe et mise aussitôt en forme par une techni-que analogue au thermoformage ; adaptée aux grandes séries et à la fabrication de pièces de grandes dimen-sions (éléments de carrosserie, bateaux, valises, carters, pots, barquettes, etc.) ; extrusion-calandrage : se prête à la fabrication de feuilles et de plaques ; extrusion en filière plate (extrusion dite cast) : permet de tirer des films plastiques en faibles épaisseurs (de 7 jusqu'à 30 µm) ; extrusion-gonflage : on forme dans un premier temps une paraison à paroi mince ; après gonflage (la bulle est souvent spectaculaire) et refroidissement, obtention de films (sacs plastiques en PE, PP...). À la différence de l'extrusion-soufflage, ce procédé n'utilise pas de moule ; extrusion-soufflage : à partir d'un tube (paraison) obtenu par extrusion et porté à une température suffisamment élevée, étirage et moulage en discontinu pour fabriquer des corps creux (bouteilles, flacons...) ; filage : la tech-nique de filage du polymère à l'état fondu est la plus utilisée ; une filière comporte plusieurs dizaines de trous ; l'étirage longitudinal après refroidissement des fils continus est très important (jusqu'à 500 %) ; obtention de fibres textiles (PE, PP, PA, PET) ; coextrusion : plusieurs vis d'extrusion alimentent une filière pour coextruder jusqu'à neuf couches de polymère, chacune ayant ses qualités propres. Par exemple, obtention pour l'emballage alimentaire de films multicouches à effet barrière au dioxygène, responsable de l'oxydation des produits frais ou cuisinés (un emballage en PE est perméable au dioxygène). Différentes technologies s'appliquent à l'extru-sion : Pour extruder une matière caoutchouteuse, on alimente une extrudeuse, soit par des bandes, soit par des granu-lés de caoutchouc cru. L'extrudeuse de caoutchouc est constituée d'une vis sans fin qui tourne dans un cylindre appelé corps de l'extrudeuse, lui-même constitué de plusieurs zones de régulation thermique et d'une chemise, partie au contact du caoutchouc. La vis sans fin elle-même est thermorégulée dans la majorité des cas. Le caoutchouc chauffé se ramollit et est poussé par la rotation de la vis vers la tête d'extrusion. La tête est consti-tuée de divers éléments (corps, obus) qui guident le flux de caoutchouc vers la filière. Cet outillage donne la section définitive du profilé (sans calibration, contrairement aux extrudeuses de plastique). Les températures fixées pour les différentes zones sont réglées pour ramollir suffisamment le caoutchouc (et donc pouvoir extru-der à une pression aussi faible que possible) sans le vulcaniser. On parle de profil de température de l'extrudeu-se.

6-4 l’extrusion soufflage : L'extrusion-soufflage est un procédé de mise en forme de matériaux polymères thermoplastiques qui est utilisé pour fabriquer des corps creux de contenance variable (de quelques cm³ à quelques m³) : bouteilles, flacons, bidons, fûts, réservoirs, etc. Principe Ce procédé consiste à combiner la technique de l'extrusion avec celle du soufflage. Le tube (paraison) extrudé est enfermé dans un moule de soufflage en deux demi-coquilles ayant la forme désirée. La paraison présente un orifice à son extrémité, qui est pincée (là où sera l'ouverture finale du récipient). De l'air (ou un gaz inerte) sous pression est ensuite insufflé dans la cavité par l'orifice afin de plaquer le tube déformable contre l'empreinte refroidie et figer la pièce dans sa forme finale. 6-5 le rotomoulage : Le moulage de matières plastiques par rotation est l'une des façons de produire des pièces à base de polymères. Les pièces produites par ce procédé sont creuses. Le procédé permet de réaliser des formes complexes. La conception des pièces doit être pensée afin de convenir non seulement à l’usage final mais aussi au procédé de moulage. Le design des moules est très important afin de faciliter le moulage et le démoulage des pièces. À la conception du moule, il faut tenir compte de tout ce qui peut réduire les opérations de conformation de la pièce finale (la main d’œuvre ayant un coût non négligeable). Les domaines d’application du rotomoulage sont très nombreux : travaux publics, assainissement, automobile, jouets, nautisme, mobilier urbain, équipement indus-triel. Les déformations liées aux formes complexes des pièces sont souvent difficiles à prévoir. Le démoulage des pièces non libres dans les moules doit se faire rapidement afin que les contraintes mécaniques appliquées par les inserts ou autres formes de retenue ne viennent pas contrarier le retrait naturel de la pièce. L'idéal serait que la pièce soit encore à 40-50 °C au moment du démoulage. Certaines formes ou gabarits de conformation peu-vent être utilisés pour canaliser le retrait et maintenir des dimensions requises lors de l'utilisation finale de la pièce. Le processus de transformation comporte quatre phases : • le remplissage du moule ;

• la cuisson de la matière plastique ;

• le refroidissement de la matière plastique ;

• le démoulage. Le moule, composé de deux demi-coquilles ou plus (moule à forme complexe) en acier ou en aluminium, est rempli de matière plastique en poudre micronisée, dont le poids correspond à celui de la pièce à obtenir. Le moule est ensuite fermé à l'aide de différents systèmes de verrouillage (vis écrou, sauterelles, etc.), et a été au préalable fixé sur un système mécanique appelé bras de rotation qui lui permet de tourner simultanément autour de deux axes orthogonaux ; la machine porte le nom de rotomouleuse. Une fois le moule fermé, il est mis en mouvement. Les vitesses de rotation étant faibles, l'effet de la force cen-trifuge est négligeable. L'ensemble moule et matière est chauffé par apport de chaleur au moyen de rampe à gaz, de panneau infrarouge ou par convection forcée dans un four. Le moule transmet les calories à la matière qui fond et se répartit uniformément à l'intérieur du moule. La solidification de la matière est obtenue en projetant sur le moule de l'air ambiant (ventilation) ou de l'air avec un brouillard d'eau (micro pulvérisation). Le refroidissement continue jusqu'à durcissement du thermo-plastique. Lorsque la pièce obtenue est suffisamment refroidie, on ouvre les raccords rapides, on soulève la partie mobile du moule et on extrait la pièce qui reproduit exactement l’architecture interne du moule. Pour les plastiques thermoplastiques, il est intéressant de retirer du moule la pièce encore chaude pour profiter de sa malléabilité (étant au-dessus de la Tg). Utilisations Le rotomoulage est une technique qui permet de faire la plupart des formes possibles simples ou complexe sans collage ni soudure :

• des corps creux complètement fermés ou ouverts ;

• des contenances de 0,8 à 175 200 L (limite théorique démontrée par le laboratoire Mines de Paris) ;

• des épaisseurs de 0,5 à 120 mm ;

• des doubles parois, avec possibilité de remplissage par de la mousse ;

• des parois multicouches ;

• des inserts et des broches où l'on veut, des assemblages et collage de pièces et/ou d’accessoires.


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6-6 le calandrage : Des produits plats de plus grande largeur (feuilles, plaques, crêpes) sont obtenus par calandrage d'un matériau thermoplastique ou élastique entre des cylindres éventuellement chauffants. Cette opération est par exemple utilisée pour fabri-quer des revêtements de sols et de murs, des nap-pes, de l'ameublement, de la maroquinerie et des articles gonflables. En papeterie, l'opération de calandrage permet d'obtenir différents états de surface de la feuille de papier, notamment pour les papiers couchés. Selon le degré de calandrage (pression, température de chauffe), le papier sera plus ou moins lissé et bril-lant. 6-7 le thermoformage : Le thermoformage est une technique qui consiste à prendre un matériau sous forme de plaque (verre, plasti-que...), à le chauffer pour le ramollir, et à profiter de cette ductilité pour le mettre en forme avec un moule. Le matériau redurcit lorsqu'il refroidit, gardant cette forme. Dans le cas du thermoformage plastique, le matériau utilisé se présente le plus souvent sous forme de bobine, dès que l'épaisseur avant thermoformage se situe sous 2 millimètres. Le thermoformage offre de nombreuses possibilités de réalisations, des pièces de fines épaisseurs et de petites dimensions, comme les pots de yaourt, jusqu'aux baignoires. Il est possible de fabriquer des pièces entre 0,1 et 15 mm d'épaisseur de dimensions allant jusqu'à 2 m × 1 m. Des pièces complexes avec des contre-dépouilles peuvent être fabriquées. Déroulement d'un cycle de thermoformage : Le thermoformage est basé sur le phénomène de transition vitreuse des thermoplastiques . En effet, leur température de transition vitreuse pas-sée, les thermoplastiques sont à l'état caoutchoutique, il devient alors facile de leur donner une nouvelle forme. Une fois la température descendu en dessous de la transition vitreuse, le polymère retourne à l'état solide (vitreux). Le thermoformage se déroule selon les phases suivantes : chauffage de la matière ; retrait des chauffes puis élévation du moule ; mise en forme de la matière sur le moule (par le vide, sous pression...) ; refroidissement (la pièce reste sur le moule) ; démoulage et évacuation de la pièce. Les différents types de thermoformage : Il existe différentes méthodes pour thermoformer une pièce : par le vide ou sous pression (3-4 bar) Matières On utilise pour le thermoformage des matières thermoplastiques qui se déforment en chauffant, cependant, tous les matériaux thermoplasti-ques ne sont pas thermoformables. Il s'agit de polymères amorphes ou semi-cristallins à faibles taux de cristallinité (plus ce taux sera élevé, plus il faudra chauffer). Les polymères les plus couramment utilisés sont les suivants : polystyrène (PS), polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polycarbona-te (PC), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), polychlorure de vinyle (PVC), polyméthacrylate de méthyle (PMMA), polystyrène choc (SB). Il est fréquent d'utiliser des associations de plusieurs polymères (ABS-PMMA, PS-PE). Moins fréquent mais particulièrement utiles, des mousses de PE peuvent également être thermoformées ; éven-tuellement revêtues de tissu, on les retrouve dans les intérieurs de voitures, pour l'habillage et l'isolation phoni-que (ciel de toit). La matière peut être directement thermoformée avec un film de protection ou d'un revêtement décoratif (imitation bois, cuir...). Le thermoformage est réalisé à partir de semi-produits, c'est-à-dire que la matière a été préalablement extrudée sous forme de plaques ou de film (bobines).


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6-8 la pultrusion (TD) : La pultrusion est un procédé de mise en œuvre en continu de tubes et profilés en plastique renforcé. Le terme « pultrusion » est vraisemblablement composé des mots anglais « pull » (tirer) et « extrusion ». Le fonctionnement général peut se résumer ainsi : le renfort (tissu, mat, fibres) conditionné en bobine est im-prégné de résine par passage dans un bain et tiré à travers une filière chauffée qui contrôle la teneur en résine et détermine la forme de la section. Le passage dans un four va provoquer la polymérisation de la résine thermo-durcissable et donner la forme finale. Le produit est ensuite coupé à la longueur souhaitée. Ce procédé est plus lent que l'extrusion. Les propriétés mécaniques (rigidité, résistance) du matériau composite dé-coulent de la formulation (taux de ren-fort, de résine, ...) et par suite peuvent être excellentes. Il permet la produc-tion de profilés à section constante en grande série. Leur forme peut être sim-ple (tube, lamellé plat, jonc, parallélé-pipède, etc.) ou plus complexe. Exem-ples : cannes à pèche, manches d'outil. De nombreuses fibres sont utilisées en pultrusion : fibre de verre, fibre de car-bone HS, HM, UHM... De même, plu-sieurs familles de résine thermodurcis-sable peuvent être employées, en particulier les polyesters insaturés (UP), polyuréthanes (PUR), vinylesters et époxydes (EP), mais également certaines matrices thermoplastiques comme le polybutylène téréphtalate (PBT) ou le polypropylène (PP). 6-9 moulage par compression-transfert (TD): La méthode du moulage consiste à presser directement la matière dans l’empreinte d’un moule à chaud. Le moule est composée de deux parties, la partie supérieure appelée poinçon et la partie inférieure appelée matrice. Les deux plateaux sont fixées aux plateaux de la presse. Le moule est chauffé à une température qui dépend de la matière transformée. La poudre à mouler ou la préforme est placée dans l’empreinte de la matrice et comprimée jusqu’à fermeture du moule. La matière comprimée se ramollit sous l’action de la chaleur. Les couches extérieures deviennent plastiques et la masse subit un tassement et un écoulement local sous l’influence de la pression. On garde le moule fermé sous pression pendant le temps de la réaction chimique. Si celle-ci produit un dégage-ment gazeux (surtout vapeur d’eau) on entre' ouvre le moule au début du moulage pour laisser échapper les gaz. Quand la réaction est terminée, on ouvre le moule et on enlève la pièce moulée (à chaud). Après le nettoyage du moule à l’aide de l’air comprimé, on procède au cycle suivant. 6-10 injection des thermodurcissables (TD): La mise en œuvre des thermodurcissables implique la réalisation du réseau macromoléculaire tridimensionnel dans l’empreinte du moule. Pour remplir le moule, plusieurs méthodes sont possibles : • Compression : la poudre à mouler est déposée dans le moule chaud, ce dernier est ensuite fermé sur la

poudre. • Transfert : la poudre est placée dans un cylindre chauffant et un piston est capable de faire entrer la ma-

tière dans le moule. • Injection : un ensemble vis-piston semblable à celui d’une machine pour injection des thermoplastiques

permet un préchauffage et une plastification de la matière thermodurcissable, et son injection dans un moule chaud, site de la réaction de fabrication du polymère.

Principaux thermodurcissables injectés : Poudres à mouler : phénoplastes, mélamines-formol, époxydes, urées-formol. Pâtes : compounds polyesters. Conception des machines : Analogue aux machines d’injection pour les thermoplastiques, elles se différencient au niveau des porte-moules qui sont équipé de borniers pour faciliter l’installation du chauffage électrique des éléments du moule et au niveau de la forme des vis d’injection et des clapets.


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7-Polymères des trois familles de matières plastiques L'usage prévaut de réserver le terme de matière plastique à trois grandes familles de matériaux, les thermoplas-tiques, les thermodurcissables et les plastiques techniques, dont la structure, les propriétés physico-chimiques et de mise en œuvre (comportement sous l'action de la chaleur et de la pression) diffèrent totalement. Les résines thermoplastiques sont les plus utilisées industriellement.

7-1 Les Thermoplastiques :


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Codes ISO 1043-1

Quelques noms commerciaux Polymères (désignation cou-rante)

Production industrielle depuis

ABS

Afcoryl, Bayblend (alliage PC/ABS), Cycolac, Isopak, Lastilac, Lustran, No-vodur, Polyflam, Polylac, Polyman, Ronfalin, Terluran, Toyolac, Ugikral, Vestodur

Copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène (famille des styréniques)

années 1950

CA Cellidor A, Cellon, Lumarith, Rhodiali-te, Rhodoïd, Setilitte, Trialithe

Acétate de cellulose (cellulosique)

1927

EPS Afcolène, Depron, Hostapor, Polyfoam, Roofmate, Sagex, Styrocell, Styrodur, Styrofoam, Styropor, Vestypor

Polystyrène expansé (styrénique)

années 1950

PA

Akulon, Altech, Amilan, Bergamid, Capron, Durethan, Eratlon, Ertalon, Grilamid, Grilon, Igamid, Kevlar, Lata-mid, Lauramid, Maranyl, Minlon, Mira-mid, Nomex, Nylatron, Nylon, Nypel, Orgamide, Perlon, Polyloy, Radiflam, Radilon, Renyl, Rilsan, Schulamid, Sniamid, Stanyl (PA-4,6), Staramide, Starflam, Tactel, Technyl, Trogamid, Ultramid, Versamid, Vestamid, Vydy-

Polyamides 1938 (PA aliphatiques), 1961 (PA aromatiques ou aramides : Nomex)

PBT Arnite, Celanex, Crastin, Deroton, Hos-tadur, Pocan, PTMT, Tenite, Ultradur, Vestodur

Poly(téréphtalate de butylène) (polyester saturé)

1969

PC Apec, Axxis, Durolon, Gerpalon, Lati-lon, Lexan, Makrolon, Panlite, Plaslube, Polyman, Sunglass, Tuffak, Xantar

Polycarbonates 1956

PE

Alkathène, Alketh, Dyneema, Eltex, Hostalen, Lacqtène, Lupolen, Manolè-ne, Marlex, Moplen, Plastazote, Poly-then, Sclair, Stamylan, Stamylex, Su-pralen, Surlyn[40], Tupperware, Tyvek, Vestolen A

Polyéthylène (polyoléfine) 1939 (PEBD), 1955 (PEHD)

PET

Arnite, Baydur, Bidim, Dacron, Diolen, Ektar, Ertalyte, Hostadur K et A, Kodar, Mélinex, Mylar, Pocan, Raditer, Rho-dester, Rynite, Tenite, Tergal, Terpha-

Poly(téréphtalate d'éthylène) (polyester saturé)

1946

PMMA Acrigel, Altuglas, Altulite, Bonoplex, Corian, Deglan, Limacryl, Lucite, Me-tacrilat, Oroglas, Perspex, Plexiglas,

Poly(méthacrylate de méthy-le) (acrylique)

1933

POM Acetaver, Bergaform, Celcon, Delrin, Ertacetal, Hostaform, Kematal, Kepital, Kocetal, Ultraform

Polyformaldéhyde (polyacétal)

1958


Chagot P.

Codes ISO 1043-1

Quelques noms commerciaux Polymères (désignation cou-rante)

Production industrielle depuis

PP

Amoco, Appryl, Carlona, Eltex, Hosta-len PP, Luparen, Moplen, Novolen, Oléform, Polyflam, Profax, Propathene, Prylène, Stamylan P, Trovidur PP, Ves-tolen P

Polypropène (polyoléfine) 1957 (PPi), 1992 (PPs)

PS

Carinex, Edistir, Empera, Gedex, Hos-tyrène, Lacqrène, Luran, Lustran, Lus-trex, Noryl (alliage PPO/PS), Polyflam, Polystyrol, Riviera, Styranex, Styroflex, Styron, Trolitul, Ursaa, Vestyron

Polystyrène (styrénique) 1935

PVAC Elvacet, Hostaflex[41], Mowilith, Rhovyl, Vinnapas, Vinyon[41]

Poly(acétate de vinyle) (vinylique)

1928

PVC

Benvic, Breon, Corfam, Darvic, Dura-form, Dynel[42], Garbel, Gedevyl, Hos-talit, Lacovyl, Lacqvil, Lucolène, Luco-vyl, Lucalor, Lucoflex, Micronyl, Mi-polam, Nakan, Saran[43], Skaï, Solvic, Tefanyl, Trovidur, Ultryl, Vestolit, Vi-nidur, Vinnol, Vinnolit, Vinoflex, Viny-lite

Poly(chlorure de vinyle) (vinylique)

1931

SAN Elvax, Lacqsan, Luran, Lustran, Restil, Vestoran

Copolymère styrène-acrylonitrile (styrénique)

années 1950

Codes ISO 1043-1

Quelques noms commerciaux Polymères Production industrielle depuis (principale application)

EP Araldite, Devcon, DER, Doroxin, Epi-kote, Epon, Epotek, Epotuf, Epoxin, Eurepox, Lekutherm, Lopox, Rutapox

Polyépoxydes 1946 (utilisés dans les adhésifs et les plastiques renforcés fibre de carbone)

MF Arborite, Formica, Hostaset MF, Melochem, Melopas

Mélamine-formaldéhyde (aminoplastes)

années 1920 (matériaux utilisés pour les surfaces des plans de tra-vail)

PF

Bakélite, Cascophen, toile bakélisée (Celoron), papier bakélisé, bois bakéli-sé, Fluosite, Hostaset PF, Luphen, Mi-carta, Peracite, Trolitan, Tufnol

Phénol-formaldéhyde (phénoplastes)

1910 (matériaux utilisés comme isolants électriques)

PUR

Baydur, Bayflex, Baygal, Cyanapren, Daltoflex, Definal, Desmodur, Desmo-lin, Estolan, Lupranat, Lupranol, Luvi-pren, Moltopren, Napiol, Scurane, Ure-pan, Voranol, Vulkolian, Vulkollan

Polyuréthanes réticulés

1940

UF Aerodux, Beckamin, Cascamite, Hosta-set UF, Pollopas, Prystal, Urochem

Urée-formaldéhyde (aminoplastes)

1923 (utilisés pour la fabrication de contreplaqués, de panneaux de par-ticules …)

UP Hostaset UP, Leguval, Palatal, Pregmat, Ukapon, Vestopol

Polyesters insatu-rés

1950 (souvent utilisés dans les plas-

7-2 Les Thermodurcissables :


Chagot P.

Codes ISO 1043-1

Quelques noms commerciaux Polymères Production industrielle depuis

PTFE Algoflon, Ertaflon, Fluon, Gaflon, Ha-lon, Hostaflon, Polyflon, Soreflon, Té-flon, Voltalef

Polytétrafluoroéthylène (fluoré)

1942 (câbles électroni-ques et cathéters)

7-3 Les plastiques techniques :

8-règles de conception : Avant de concevoir une pièce, il est primordial de définir les fonctions à satisfaire le plus précisément possible en rédigeant un Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF) suivant la norme NF X 50-151. Le choix du matériau doit se faire en parallèle avec le choix du procédé, en raison des différences importantes des caractéristiques. Ex : une résine polyester et fibre de verre peut avoir une résistance à la rupture de 150 MPa s’il est moulé au contact et de 1500 MPa s’il est mis en œuvre par enroulement filamentaire. Une présélection de matière peut être faite par analyse d’application similaire déjà existante. Le choix de la technique de moulage sera fait à partir de critères géométriques et dimensionnels, de l’importan-ce des séries et de la nature de matière pressentie.

Règles géométriques pour les pièces moulées par injection : Il est recommandé de respecter certaines géométries essentiellement à cause du retrait de la matière au moulage • Les pièces massives sont déconseillées, il faut préférer des géométries de parois minces nervurées. • Il faut proscrire les arêtes vives et définir des formes arrondies avec r = 0,5 à 1 mm • Il faut éviter les croisements de nervures au même niveau pour ne pas créer d’accumulation de matière • Les épaisseurs sont en général de 0,75 à 3 mm pour un plastique renforcé sinon de 0,5 à 5 mm • Il faut évider les parois de manière à avoir une épaisseur la plus constante possible • Les bossages ne doivent pas entraîner d’accumulation de matière.

Fonction principale demandée à une pièce

Matières envisageables (liste non exhaustive)

Optique, transparence PMMA, SMMA, polycarbonate, polystyrène, polysulfone, polyéthersulfone, po-lyméthylpentène, polyester PET, ionomère, ...

Surface frottante Acétal, polyamide, polyimide, polyuréthane, polyéthylène, fluorés

Alimentaire polyéthylène, polypropylène, PVC rigide, PVDC, polystyrène cristal, PPO, poly-fluorés; polycarbonate, polysulfone, polyuréthane

Facilement usinable Cellulosique, acétal, polyamide, polycarbonate, PMMA

soudable PVC, polyéthylène, polypropylène et tous thermoplastiques rigides par US

collable Epoxyde, polyuréthane, PMMA, polystyrène,

Exposée aux UV Acétal, polyamide, polystyrène, PMMA, aminoplaste et phénolique

Tenue au feu Phénolique, polyimides, polysulfone, PPS, PEEK, polyfluorés

Tenue thermomécanique Polyfluorés (PFA, PCTFE), polyimide et dérivés, PEEK, PPS, polyarylsulfone

Tenue au choc Polyuréthane, polycarbonate, polyéthylène basse densité, polyamide, ionomère

mousse Polyuréthane, PVC, phénolique, polystyrène, polyimide, polyéthylène, urée

film polycarbonate, polyamide, polyimide, polyuréthane, polyéthylène, polypropylè-ne, polyfluorés, PVC, cellulosique, styréniques

Imperméable aux gaz Vinyliques (PVC, PVDC), polyester PET, fluorés PTFE, (polyéthylène et poly-propylène pour la vapeur d’eau seulement)


Chagot P.

Choix d’un procédé en fonction de la série, de la géométrie de la pièce et de ses dimen-sions :

critères

Série 1 à 1000 pièces

10 à 1000 pièces

5000 pièces

10 à 10000 pièces

10000 à 100000 pièces

10000 à 100000 pièces

100000 à 1000000 pièces

100000 mètres linéaires



dimension Presse <10000t, pièces < 2 par 2 m et 100kg

Pièces < 50kg

Pièces < 20kg

Procédés de fabrication

Contact, projection

rotomoulage

Injection RTM

thermoformage

Injection soufflage

Compression SMC, BMC

injection

extrusion

calandrage

pultrusion

injection

Injection RIM

Compression SMC

thermoformage Pièces < 200kg et 8 par 2,5 m

Contact-projection Pièce monobloc < 50m (30t)

soufflage volume < 5m3

rotomoulage volume < 25m3

extrusion tube < Ø1,5m, gaine < Ø0,5m, plaque < 3,5m, film < 15m

Enduction, calandrage largeur < 3,2m

enroulement volume < 3000m3

géométrie profilé Extrusion, pultrusion

tubulaire Enroulement filamentaire, pultrusion, centrifugation

creuse Injection, soufflage, rotomoulage, enroulement

plane Compression, thermoformage

volumique Injection ...


Chagot P.

Lorsque l’on désire contrôler la qualité d’une pièce injectée, il faut après avoir consulté les fiches matières, prélever plusieurs pièces moulées successivement et provenant de toutes les empreintes. Ensuite il est nécessaire de situer la position du seuil d’alimentation et recher-cher d’éventuels défauts tels que ceux décrit ci-dessous. Défauts traces sur les pièces : • ligne de joint : c’est la ligne laissée par l’outillage comme

celui-ci est en 2 parties (PM partie mobile et PF partie fixe)

• Alimentation : c’est la trace laissée au seuil d’alimenta-tion qui peut prendre plusieurs formes en fonction du type d’injection retenu.

• Éjection : les éjecteurs ont des formes qui dépendent de la forme de la pièce à éjecter, ils peuvent être de forme cylindrique, tubulaire ou rectangulaire.

Défauts de lignes de soudure :

Description :

• ligne de soudure marquée • mauvaise résistance mécanique des lignes de soudure • stries de couleur • forte retassure le long de la ligne de soudure Mécanismes de formation :

• apparaît en fin de remplissage, il arrive que la pres-sion de maintien soit rendue ineffective à ce niveau

• la jonction est facilement cassable si elle s’est ef-fectuée à trop basse température

• dégradation de la coloration due à la T° Causes possibles :

• mauvaise pression d’injection • température trop basse de la matière injectée • dégradation de la matière due à une surchauffe Actions correctives :

• augmenter la température de la matière • augmenter la vitesse d’injection • augmenter la température du moule • Diminuer les trajets d’écoulement de la matière Retassures :

Description :

Les retassures sont dans leur grosse majorité des dé-fauts de surface caractérisés par un affaissement de la matière, parmi elles:

• les retassures localisées : au voisinage de zones avec fortes variations d’épaisseurs (nervures)

• les retassures en osselets : le retrait de matière s’effectue sur une grande surface, de façon à se décoller de la paroi par pellicules (sauf sur les bords)


Chagot P.

Mécanismes de formation :

Après le remplissage de l’empreinte, la matière chaude se rétracte (de 0,3 à 3%). La pression de maintien appli-quée pour compenser ce retrait ne joue pas son rôle.

Causes possibles:

• la pression de maintien est insuffisante, ce qui rend possible un retrait de la matière • la pression d’injection est insuffisante, ce qui rend difficile le remplissage et rend ineffectif le maintien • le matière est déjà solidifiée au niveau du seuil ce qui entraine des difficultés pour le maintien • les paramètres choisis accentuent le retrait Actions correctives :

• renforcer la pression de maintien • augmenter la vitesse d’injection et la T° de la matière pour faciliter le remplissage. • améliorer la conception du moule (éviter les variations d’épaisseurs des pièces, placement du seuil d’injec-

tion) • augmenter la T° du moule et diminuer la T° de la matière (homogène) Jet libre :

Mécanismes de formation :

La matière sort du seuil d’injection à la façon d’un jet d’eau à la sortie d’un tuyau d’arrosage. Le remplissage de l’empreinte se fait en mode turbulent, avec une décompression brutale en sortie de seuil. Ce type de défaut est plus courant dans les matières amorphes (PMMA, PC …) pour lesquelles la viscosité à chaud est élevée.

Causes possibles :

• mauvaise conception du moule : seuil d’injection mal positionné (ou mal dimensionné)

• matière injectée trop visqueuse • pression au niveau de seuil trop importante Actions correctives :

• améliorer la conception du moule ( augmenter la sec-tion du seuil)

• augmenter la T° de la matière • Injection lente au début, puis plus rapide Cernes et sillons :

Description:

• les cernes, ou effet fleur sont des sillons concentriques mats autour du seuil d’injection. Ce défaut est typi-que de l’ABS

• les sillons, ou effets slick-slip sont concentriques et plus ou moins creusés autour du seuil d’injection, ou dans les zones de faible épaisseur.

Mécanisme de formation:

Le flux de matière pulse dans le moule, car il avance trop lentement. Le défaut est en général plus courant dans les matières amorphes, plus visqueuses à chaud.

Causes possibles :

• mauvaise introduction de la matière injectée • mauvaise T° matière • mauvaise conception du moule


Chagot P.

Actions correctives

• augmenter les vitesses d’injection • adapter les flux de matière (remplissage régulier) • augmenter la température de la matière • augmenter la température de l’outillage • Augmenter l’épaisseur des pièces Entrainement d’air :

Description:

• De grosses bulles peu nombreuses affleurent à la surface (mauvaise plastification) • Nez d’air sous formes de bandes en forme de nez (aspérités dans l’empreinte) Mécanisme de formation:

De l’air est entrainé dans l’empreinte et ne peut être évacuer correctement

Causes possibles :

L’air inclus peut provenir :

• d’une mauvaise plastification lors du dosage • d’une mauvaise conception du moule ( aspérités, rayures, renforcements…) Action correctives :

• vérifier la qualité de la vis, choisir une unité de plastification adapté au volume de la matière • augmenter la contrepression de la vis lors du dosage (freiner le recul de la vis) • limiter la phase de décompression de la matière après dosage (diminuer la course de décompression) • Améliorer la conception du moule permettant l’évacuation de l’air Sousdosage – surdosage :

Description des défauts engendrés et mécanisme de forma-tion :

• en cas de sous dosage la pièce obtenue est incomplète • pour un surdosage, l’excès de matière se traduira par

des bavures (pouvant boucher les éjecteurs), un sur-compactage (entraînant des contraintes internes, des cassures ou des déformations.)

Causes possibles:

• quantité de matière injectée insuffisante ou trop importante Action correctives:

diminuer ou augmenter le dosage de matière Bulles – effets fontaine :

Mécanisme de formation:

Surtout pour les pièces de forte épaisseur, le remplissage se fait par couches successives. Le matière solidifiée en dernier se trouve à cœur, donc il peut y avoir formation de bulles (et être assimilées à des retassures)

Action correctives:

diminuer la vitesse d’injection


Chagot P.

Commutation précoce – commutation tardive :

Description de défauts engendrés par une commutation trop précoce :

Il existe une série de défauts déjà traités:

• pièce incomplète • présence de contraintes internes ( cassures, déformations) • mauvaises lignes de soudure • écaillage (matière déjà refroidi déplacée par de la matière chaude) alternance de zones mate et zones bril-

lantes. • taches mates (matière déjà refroidi déplacée par de la matière chaude) zone satinée/mate • défauts de cristallisation en forme de doigt (alternance de zones de refroidissement lente et rapide du à une

différence de cristallinité) accentué par un maintien trop faible et une température du moule trop élevée. Actions correctives:

• déplacer le point de commutation (passage de la phase injection à la phase maintien)

Conséquence d’une commutation décalée :

Une commutation tardive est assimilée à un surdosage. En cas de commutation précoce, on réalise un sous do-sage compensé par la pression de maintien. Mais la matière plus refroidie sera moins homogène. Défauts dimensionnels :

Actions correctives:

Pour des précisions dimensionnelles fines (micron), il faut:

• une régulation en T° précise du moule • un moule très rigide pour ne pas qu’il se déforme sous l’action des pres-

sions mise en jeu • éviter les contraintes internes (bon contrôle des paramètres de mise en œu-

vre : dosage, vitesses d’injection, pression de maintien, position du point de commutation, températures de la matière)

• une bonne prévision du retrait • Surface de l’empreinte de grande qualité (rayure, corrosion, abrasion …) Combustion ou effet diesel - carbonisation :

Description

• apparition de zones brûlées (aux extrémités) • coup de feu • strie de surchauffe • cratères (piqures, pustules) • écarts de couleur • dégradation des propriétés mécaniques Causes possibles :

Des bulles de gaz sont comprimées et s’enflamment sous l’effet de la T° (principe moteur Diesel).

Action correctives

• améliorer la conception du moule • optimiser les paramètres (baisser T° et pression) • température matière trop haute • Ajouter des évents sur le moule • Réduire la force de fermeture

industrialisation des produits: s8 1 les matières ...laviateur08.free.fr/ecole/mardi11/cours matire...

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