Guide de sélection des matériaux pour le moulage par injection : 7 facteurs clés

Le choix du matériau de moulage par injection influe directement sur la qualité, le coût de production et la durabilité du produit fini. Opter pour la solution idéale exige une analyse approfondie de plusieurs facteurs critiques afin d'éviter des performances médiocres ou un gaspillage inutile de ressources.

Pour éviter les incompatibilités de matériaux, notre Guide de sélection des matériaux pour le moulage par injectionElle trie 7 types de considérations essentielles, vous aidant ainsi à faire des choix efficaces et fiables.

Taux de rétrécissement

Les facteurs influençant le retrait au moulage des thermoplastiques sont les suivants :

Type de plastique

Lors du moulage, les thermoplastiques subissent des variations de volume dues à la cristallisation, ainsi que des contraintes internes élevées, d'importantes contraintes résiduelles figées dans les pièces moulées et une forte orientation moléculaire. Comparé àMatériaux thermodurcissables moulés par injectionLes thermoplastiques présentent des taux de retrait plus élevés, des plages de retrait plus larges et une directionnalité marquée. De plus, le retrait après moulage, recuit ou conditionnement à l'humidité est généralement plus important que celui des autres matériaux. thermodurcissablesmatériels.

Caractéristiques des pièces moulées

Lorsque le plastique en fusion entre en contact avec la surface de la cavité du moule, la couche externe refroidit rapidement pour former une coquille solide de faible densité. En raison de la faible conductivité thermique des plastiques, la couche interne refroidit lentement, formant une couche solide de haute densité avec un retrait important.

Par conséquent, les pièces à parois épaisses, à refroidissement lent et comportant des couches épaisses à haute densité, présentent un retrait plus important. De plus, la présence, la disposition et le nombre d'inserts influent directement sur la direction d'écoulement du matériau fondu, la distribution de la densité et la résistance au retrait, faisant des caractéristiques de la pièce un facteur déterminant de l'amplitude et de la direction du retrait.

Type, dimensions et répartition des portails

Ces facteurs influent directement sur la direction d'écoulement du polymère fondu, la distribution de la densité, la compensation de tassement et la durée du cycle de moulage. Les canaux d'injection directs à grande section (surtout épais) réduisent le retrait mais augmentent la directionnalité ; les canaux d'injection larges et courts minimisent cette dernière.

Les zones proches de la porte ou parallèles à la direction d'écoulement du flux de matière fondue présentent un retrait plus important.

Conditions de moulage

Des températures de moule plus élevées ralentissent le refroidissement à l'état fondu, augmentent la densité et accentuent le retrait, notamment pour les plastiques cristallins, où une forte cristallinité entraîne des variations de volume importantes et un retrait accru. La répartition de la température du moule influe sur le refroidissement interne et externe des pièces ainsi que sur l'uniformité de leur densité, affectant directement l'amplitude et la direction du retrait dans les différentes zones de la pièce.

De plus, la pression de maintien et le temps de maintien ont un impact notable : une pression plus élevée et un temps de maintien plus long réduisent le retrait mais accentuent la directionnalité. Une pression d'injection plus élevée diminue la viscosité du métal en fusion, réduit les contraintes de cisaillement intercouches et augmente le retour élastique après démoulage, réduisant ainsi modérément le retrait. Des températures de fusion plus élevées augmentent le retrait mais réduisent la directionnalité. Par conséquent, le réglage de la température du moule, de la pression, de la vitesse d'injection et du temps de refroidissement pendant le moulage permet de contrôler efficacement le retrait des pièces.

Lors de la conception de moules, déterminez le taux de retrait de chaque section de la pièce en fonction de la plage de retrait du plastique choisi, de l'épaisseur de paroi, de la forme, du type d'injection, de la taille et de la distribution du retrait, puis calculez les dimensions de la cavité du moule. Pour les pièces de haute précision ou lorsque les taux de retrait sont difficiles à prévoir, la conception du moule doit suivre les étapes suivantes :

1. Adoptez un taux de retrait plus faible pour le diamètre extérieur et plus élevé pour le diamètre intérieur des pièces afin de permettre des ajustements du moule après essai.
2. Déterminer le type, la taille et les conditions de moulage du système d'alimentation par des essais de moule.
3. Mesurer les variations dimensionnelles des pièces nécessitant un post-traitement (les mesures doivent être prises 24 heures après le démoulage).
4. Modifier le moule en fonction des données de retrait réelles.
5. Effectuez un deuxième essai de moule et ajustez légèrement les conditions de processus pour affiner le retrait et répondre aux exigences de la pièce.

Fluidité

La fluidité est un facteur important dans le sélection des matériaux de moulage par injectionLa fluidité des thermoplastiques peut être évaluée par une série d'indices, notamment le poids moléculaire, l'indice de fluidité à chaud (MFI), la longueur d'écoulement en spirale d'Archimède, la viscosité apparente et le rapport d'écoulement (longueur d'écoulement/épaisseur de la paroi de la pièce).

Une meilleure fluidité se caractérise par un poids moléculaire plus faible, une distribution des poids moléculaires plus large, une faible régularité structurale moléculaire, un indice de fluidité (MFI) plus élevé, une longueur d'écoulement spiralée plus importante, une viscosité apparente plus faible et un rapport de fluidité plus élevé. Pour les plastiques de même qualité, il convient de toujours se référer à la fiche technique du produit afin de vérifier si leur fluidité est adaptée au moulage par injection. En fonction des exigences de conception du moule, commun matériau plastique moulé par injectionpeut être grossièrement classée en trois catégories de fluidité :

• Bonne fluidité: PA, PE, PS, PP, CA, Polyméthylpentène
• Fluidité moyenneRésines de la série polystyrène (ex. : ABS, AS), PMMA, POM, oxyde de polyphénylène
• mauvaise fluiditéPC, PVC rigide, oxyde de polyphénylène, polysulfone, polyarylsulfone, fluoroplastiques

 

La fluidité de tous les plastiques varie en fonction des facteurs de moulage, les principaux facteurs étant :

• TempératureDes températures de fusion plus élevées augmentent la fluidité, mais l'ampleur de cette variation diffère selon le type de plastique. La fluidité du PS (en particulier les grades résistants aux chocs et ceux à indice de fluidité élevé), du PP, du PA, du PMMA, du polystyrène modifié (par exemple, ABS, AS), du PC et du CA est très sensible aux variations de température ; le réglage de la température est donc la méthode privilégiée pour contrôler leur fluidité lors du moulage. En revanche, la température a un effet minime sur la fluidité du PE et du POM.
• PressionUne pression d'injection plus élevée intensifie le cisaillement du polymère fondu, augmentant ainsi sa fluidité. Cet effet est particulièrement marqué pour le PE et le POM, ce qui fait du réglage de la pression la méthode optimale pour contrôler leur fluidité lors du moulage.
• Structure du mouleLa conception du système d'alimentation (type, taille, disposition), la conception du système de refroidissement et la résistance à l'écoulement du métal en fusion (par exemple, la finition de la surface du moule, l'épaisseur de la section transversale du canal d'alimentation, la forme de la cavité et le système de ventilation) ont un impact direct sur la fluidité réelle du métal en fusion à l'intérieur de la cavité.

Tout facteur abaissant la température de fusion ou augmentant la résistance à l'écoulement réduit la fluidité. La conception du moule doit donc adapter sa structure à la fluidité du plastique choisi. Lors du moulage, le contrôle de la température de fusion, de la température du moule, de la pression d'injection et de la vitesse d'injection permet de réguler le remplissage et de répondre aux exigences du moulage.

Cristallinité

Les thermoplastiques se divisent en deux catégories selon qu'une cristallisation se produit ou non lors de la solidification : les plastiques cristallins et les plastiques amorphes. La cristallisation désigne le processus par lequel les molécules passent d'un état libre et désordonné à l'état fondu à un état où leur mouvement s'arrête, où elles se stabilisent dans des positions relativement fixes et tendent à s'organiser selon une structure régulière lors du refroidissement.

Un critère visuel permettant de distinguer les deux types de plastiques est la transparence des pièces à parois épaisses : les plastiques cristallins sont généralement opaques ou translucides (ex. : POM), tandis que les plastiques amorphes sont transparents (ex. : PMMA). Il existe cependant des exceptions : le polyméthylpentène est un plastique cristallin très transparent, et l’ABS est un plastique amorphe opaque. Lors de la conception des moules et du choix des presses à injecter, les exigences et considérations suivantes s’appliquent aux plastiques cristallins :

• Il faut davantage de chaleur pour porter la matière fondue à la température de moulage ; un équipement à haute capacité de plastification est donc nécessaire.
• Une quantité importante de chaleur est dégagée lors du refroidissement et de la cristallisation, ce qui nécessite un refroidissement adéquat.
• La grande différence de densité entre l'état fondu et l'état solide entraîne un retrait important lors du moulage, ce qui provoque facilement des cavités de retrait et des bulles d'air.
• Un refroidissement rapide permet d'obtenir une faible cristallinité, un faible retrait et une transparence élevée. La cristallinité est liée à l'épaisseur de la paroi : les parois plus épaisses refroidissent plus lentement, ce qui entraîne une cristallinité plus élevée, un retrait plus important et de meilleures propriétés mécaniques. Par conséquent, la température du moule doit être rigoureusement contrôlée pour les plastiques cristallins.
• Une anisotropie marquée et des contraintes internes élevées sont fréquentes. Après démoulage, les molécules non cristallisées ont tendance à poursuivre leur cristallisation, laissant la pièce dans un état énergétiquement déséquilibré qui favorise les déformations et les gauchissements.
• La plage de températures de cristallisation étroite peut entraîner une fusion incomplète du plastique ou un blocage des canaux d'alimentation.

Sensibilité à la chaleur et hydrolyse

Sensibilité à la chaleur

La thermosensibilité désigne la tendance de certains plastiques à se décolorer, se dégrader ou se décomposer lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées pendant une période prolongée, ou lorsqu'ils passent à travers des sections étroites générant un fort cisaillement et une augmentation de leur température de fusion. Les plastiques présentant cette propriété sont appelés plastiques thermosensibles ; on peut citer par exemple le PVC rigide, le polychlorure de vinylidène (PVC), les copolymères d'acétate de vinyle, le POM et le polychlorotrifluoroéthylène (PCTFE).

La décomposition des plastiques thermosensibles produit des sous-produits tels que des monomères, des gaz et des solides ; certains de ces gaz de décomposition sont irritants, corrosifs ou toxiques pour l’homme, les équipements et les moules. Par conséquent, les précautions suivantes doivent être prises pour la conception des moules et le choix des presses à injecter. sélection des matériaux de moulage par injectionet moulures :

• Utilisez des machines de moulage par injection à vis.
• Adoptez des systèmes de portail à grande section.
• Utilisez des moules et des fûts chromés pour éviter les zones mortes où le matériau peut stagner.
• Contrôler strictement les températures de moulage.
• Ajouter des stabilisateurs au plastique pour réduire sa sensibilité à la chaleur.

Sensibilité à l'hydrolyse

Certains plastiques (par exemple, le PC) se décomposeront sous haute température et pression même s'ils contiennent des traces d'humidité — une propriété connue sous le nom de sensibilité à l'hydrolyse.

Ces matières plastiques doivent être préchauffées et séchées selon des méthodes et spécifications appropriées avant transformation, et toute réabsorption d'humidité pendant leur utilisation doit être évitée.

Fissuration sous contrainte et rupture par fusion

Craquement sous stress

Certains plastiques sont sensibles aux contraintes, développant facilement des contraintes internes lors du moulage et devenant cassants et sujets à la fissuration. La fissuration peut survenir lorsque la pièce est soumise à des forces extérieures ou exposée à des solvants. Pour remédier à ce problème :

• Ajouter des additifs anti-fissuration à la matière première pour améliorer sa résistance aux fissures.
• Assurer un séchage adéquat de la matière première.
• Sélectionner les conditions de moulage optimales pour réduire les contraintes internes et améliorer la résistance aux fissures.
• Concevoir des pièces aux formes raisonnables et éviter les inserts inutiles afin de minimiser la concentration des contraintes.
• Augmentez les angles de dépouille lors de la conception du moule et choisissez des systèmes d'alimentation et d'éjection adaptés. Pendant le moulage, ajustez correctement la température de fusion, la température du moule, la pression d'injection et le temps de refroidissement afin d'éviter le démoulage de pièces trop froides et cassantes. Procédez à un traitement post-moulage pour améliorer la résistance aux fissures, éliminer les contraintes internes et éviter tout contact avec des solvants.

Fracture par fusion

La rupture par fusion se produit lorsqu'un polymère fondu, présentant un débit spécifique, traverse un orifice de buse à température constante et que son débit dépasse une valeur critique, provoquant des fissures transversales visibles à la surface du polymère fondu. Ce défaut altère l'aspect et les propriétés mécaniques des pièces moulées. Pour prévenir la rupture par fusion :

• Pour les polymères à indice de fluidité élevé, augmentez la section transversale des buses, des canaux d'alimentation et des points d'injection.
• Réduire la vitesse d'injection.
• Augmenter la température de fusion.

Propriétés thermiques et vitesse de refroidissement

Propriétés thermiques

Les différents plastiques possèdent des propriétés thermiques distinctes telles que la capacité thermique massique, la conductivité thermique et la température de fléchissement sous charge :

• Les plastiques à forte capacité thermique massique nécessitent plus de chaleur pour la plastification ; il convient donc de choisir des machines de moulage par injection dotées d'une forte capacité de plastification.
• Les matières plastiques à température de fléchissement sous charge élevée peuvent être démoulées plus tôt avec des temps de refroidissement plus courts, mais le refroidissement après démoulage doit être contrôlé pour éviter toute déformation.
• Les plastiques à faible conductivité thermique refroidissent lentement (par exemple, les ionomères ont des vitesses de refroidissement extrêmement lentes), ce qui nécessite une efficacité de refroidissement du moule améliorée.
• Les moules à canaux chauds conviennent aux plastiques à faible capacité thermique massique et à conductivité thermique élevée. Les plastiques à capacité thermique massique élevée, faible conductivité thermique, basse température de fléchissement sous charge et à faible vitesse de refroidissement ne se prêtent pas au moulage à grande vitesse. Pour ces matériaux, il est indispensable de sélectionner des presses à injecter adaptées et d'optimiser les systèmes de refroidissement des moules.

Contrôle du taux de refroidissement

Pour tous les plastiques, la vitesse de refroidissement doit être correctement contrôlée en fonction des caractéristiques du matériau et de la forme de la pièce. Les moules doivent être équipés de systèmes de chauffage et de refroidissement afin de maintenir une température stable.

• Lorsque la température de fusion augmente la température du moule, un refroidissement est nécessaire pour éviter la déformation des pièces après démoulage, raccourcir les cycles de moulage et réduire la cristallinité.
• Lorsque la chaleur résiduelle du matériau fondu est insuffisante pour maintenir la température requise dans le moule, il convient d'utiliser des systèmes de chauffage de moule afin de contrôler la vitesse de refroidissement, d'assurer la fluidité du matériau fondu, d'améliorer les conditions de remplissage ou de permettre un refroidissement lent des pièces pour éviter un refroidissement irrégulier dans les sections à parois épaisses et favoriser la cristallinité. Pour les plastiques présentant une bonne fluidité, de grandes surfaces de moulage ou une répartition irrégulière de la température du matériau fondu, les moules peuvent nécessiter un chauffage et un refroidissement alternés, ou un chauffage/refroidissement localisé, selon les conditions de moulage des pièces. Les moules doivent être équipés de systèmes de refroidissement ou de chauffage adaptés à ces besoins.

 

hygroscopicité

En raison de la présence de divers additifs, les plastiques présentent différents niveaux d'affinité pour l'humidité et peuvent être globalement classés en deux types : les plastiques hygroscopiques (qui absorbent et retiennent l'humidité) et les plastiques non hygroscopiques (qui n'absorbent pas l'humidité et ne sont pas sujets à l'adhérence de l'humidité).

La teneur en humidité des matières premières plastiques doit être maîtrisée. Un excès d'humidité s'évapore sous forme de gaz ou provoque une hydrolyse sous l'effet de la température et de la pression élevées lors du moulage, entraînant des défauts tels que des bulles, une fluidité réduite, un mauvais état de surface et une dégradation des propriétés mécaniques. Par conséquent, les plastiques hygroscopiques doivent être préchauffés et séchés selon des méthodes et spécifications appropriées avant transformation, et toute réabsorption d'humidité pendant le stockage et l'utilisation doit être évitée.

Conclusion

Til approprié Sélection des matériaux pour le moulage par injectionIl s'agit d'une étape cruciale pour garantir une qualité de pièces stable, une production constante et une rentabilité optimale. La compréhension de facteurs clés tels que le retrait, la fluidité, la cristallinité, la sensibilité à la chaleur, le comportement sous contrainte, les propriétés thermiques, la vitesse de refroidissement et l'hygroscopicité permet de mieux appréhender l'adéquation entre les exigences de conception et les matériaux.

LVMA est spécialisée dans la production pièces complexes moulées par injection et met régulièrement à jour ses connaissances en matière de moulage par injection. Pour plus d'informations, Veuillez nous contacter.