Le moulage de plastique est le processus de moulage de matières plastiques sous diverses formes (poudre, granulés, solutions et dispersions) en produits ou ébauches de la forme souhaitée. Il existe jusqu'à trente types de méthodes de moulage.
Introduction
Le choix du procédé de moulage plastique dépend principalement du type de plastique (thermoplastique ou thermodurcissable), de la forme initiale et des dimensions du produit final. Parmi les méthodes courantes de transformation des plastiques thermoplastiques, on trouve l'extrusion, le moulage par injection, le calandrage, le soufflage et le thermoformage. Plastiques thermodurcissables utilisent généralement le moulage, le moulage par transfert et le moulage par injection. Le laminage, le moulage et le thermoformage façonnent le plastique sur une surface plane. traitement des matières plastiques Toutes ces méthodes peuvent être utilisées pour le traitement du caoutchouc. Il existe également des moulages utilisant des monomères ou des polymères liquides comme matières premières. Parmi ces méthodes, l'extrusion et le moulage par injection sont les plus couramment utilisés et sont également les méthodes de moulage les plus élémentaires.
Caractéristiques du processus
rétrécissement
Une fois la pièce en plastique sortie du moule et refroidie à température ambiante, un rétrécissement dimensionnel se produit. Cette propriété est appelée rétrécissement. Étant donné que le rétrécissement n'est pas seulement la dilatation et la contraction thermiques de la résine elle-même, mais est également lié à divers facteurs de formage, le rétrécissement de la pièce en plastique après formage doit être appelé rétrécissement de formage.
Formes de retrait de formage Le retrait de formage se manifeste principalement sous les aspects suivants :
- Le rétrécissement dimensionnel linéaire des pièces en plastique dû à la dilatation et à la contraction thermiques, à la récupération élastique, à la déformation plastique lors du démoulage, etc. entraîne un rétrécissement de la taille des pièces en plastique après leur démoulage et leur refroidissement à température ambiante. Il faut en tenir compte lors de la conception de la cavité.
- Lors du moulage directionnel par retrait, les molécules sont disposées dans des directions, ce qui rend la pièce en plastique anisotrope. Le long de la direction du flux de matière (c'est-à-dire la direction parallèle), le retrait est important et la résistance est élevée, et dans la direction perpendiculaire au flux de matière (c'est-à-dire la direction verticale), le retrait est faible et de faible intensité. De plus, en raison de la densité et de la répartition inégales de la charge dans diverses parties de la pièce en plastique pendant le moulage, le retrait est également inégal. La différence de retrait rend les pièces en plastique sujettes au gauchissement, à la déformation et aux fissures, en particulier dans le moulage par extrusion et par injection, où la directionnalité est plus évidente. Par conséquent, la directionnalité du retrait doit être prise en compte lors de la conception du moule et le taux de retrait approprié doit être sélectionné en fonction de la forme de la pièce en plastique et de la direction du flux.
- Lors de la formation de pièces en plastique post-rétrécissement, en raison de l'influence de la pression de formage, de la contrainte de cisaillement, de l'anisotropie, de la densité inégale, de la distribution inégale de la charge, de la température inégale du moule, du durcissement inégal, de la déformation plastique et d'autres facteurs, un certain Les effets d'une série de contraintes ne peuvent pas tous disparaître dans l'état d'écoulement visqueux, il existe donc des contraintes résiduelles lorsque les pièces en plastique sont formées dans des conditions de contrainte. Lorsque les pièces en plastique sont démoulées en raison de l'équilibre des contraintes et de l'influence des conditions de stockage, la contrainte résiduelle change et les pièces en plastique rétrécissent à nouveau, ce qui est appelé post-rétrécissement. En général, les pièces en plastique changent le plus dans les 10 heures suivant le démoulage et sont essentiellement finalisées après 24 heures, mais il faut 30 à 60 jours pour qu'elles se stabilisent enfin. En général, le post-rétrécissement de thermoplastiques est supérieure à celle des thermodurcissables, et celle du moulage par extrusion et par injection est supérieure à celle des Moulage par compression.
- Retrait post-traitement Parfois, les pièces en plastique doivent être traitées thermiquement après formage en fonction des exigences de performance et de processus. Après le traitement, les dimensions des pièces en plastique changeront également. Par conséquent, lors de la conception de moules pour pièces en plastique de haute précision, les erreurs de retrait post-traitement et de retrait post-traitement doivent être prises en compte et compensées.
Calcul du taux de retrait Le retrait des pièces en plastique lors du moulage peut être exprimé par le taux de retrait, comme indiqué dans la formule (1-1) et la formule (1-2).
(1-1) Q acte=(ab)/b×100
(1-2) Q mètre = (cb)/b×100
Dans la formule : Q réel – retrait réel (%)
Q-mètre : calcul du taux de rétrécissement (%)
a — Dimension unidirectionnelle des pièces en plastique à la température de formage (mm)
b — Dimension unidirectionnelle des pièces en plastique à température ambiante (mm)
c — Dimension unidirectionnelle du moule à température ambiante (mm)
Le taux de retrait réel représente le retrait réel de la pièce en plastique. Étant donné que sa valeur est très différente du retrait calculé, Q est utilisé comme paramètre de conception lors de la conception du moule pour calculer les dimensions de la cavité et du noyau.
Facteurs affectant le changement du taux de retrait. Dans le moulage réel, non seulement les taux de retrait des différents types de plastiques sont différents, mais aussi les valeurs de retrait de différents lots du même type de plastique ou de différentes parties de la même pièce en plastique sont souvent différentes. Les principaux facteurs affectant le changement du taux de retrait sont Les facteurs incluent les aspects suivants.
- Types de plastiques Les différents plastiques ont leurs propres plages de retrait. Le même type de plastique aura des taux de retrait et une anisotropie différents en raison de charges, de poids moléculaires et de ratios différents.
- Caractéristiques des pièces en plastique La forme, la taille, l'épaisseur des parois, la présence ou non d'inserts, le nombre et la disposition des inserts ont également un impact important sur le taux de retrait des pièces en plastique.
- Structure du moule La surface de séparation et la direction de la pression du moule, la forme, la disposition et la taille du système de coulée ont également une grande influence sur le taux de retrait et la directionnalité, en particulier dans le moulage par extrusion et par injection.
- Procédé de moulage Les procédés d'extrusion et de moulage par injection ont généralement des taux de retrait plus élevés et une directionnalité évidente. Les conditions de préchauffage, la température de formage, la pression de formage, le temps de maintien, la forme du matériau de remplissage et l'uniformité du durcissement affectent tous le retrait et la directionnalité.
Comme mentionné ci-dessus, la conception du moule doit être basée sur la plage de retrait fournie dans les instructions des différents plastiques, et selon la forme, la taille, l'épaisseur de la paroi, la présence ou l'absence d'inserts, la surface de séparation et la direction de formage sous pression, la structure du moule et divers facteurs tels que la forme, la taille et la position de l'entrée d'alimentation, ainsi que le processus de formage sont pris en compte de manière exhaustive pour sélectionner la valeur de retrait. Pour le moulage par extrusion ou par injection, il est souvent nécessaire de sélectionner différents taux de retrait en fonction de la forme, de la taille, de l'épaisseur de la paroi et d'autres caractéristiques de chaque partie de la pièce en plastique.
De plus, le retrait de moulage est également affecté par divers facteurs de moulage, mais il est principalement déterminé par le type de plastique, la forme et la taille de la pièce en plastique. Par conséquent, l'ajustement de diverses conditions de formage pendant le moulage peut également modifier de manière appropriée le retrait de la pièce en plastique.
Liquidité
La capacité du plastique à remplir la cavité sous une certaine température et pression est appelée fluidité. Il s'agit d'un paramètre de processus important qui doit être pris en compte lors de la conception du moule. Une fluidité élevée peut facilement entraîner un débordement excessif, un remplissage lâche de la cavité du moule, des pièces en plastique lâches, une accumulation séparée de résine et de charges, un collage facile du moule, des difficultés de démoulage et de nettoyage, un durcissement prématuré et d'autres inconvénients. Cependant, si la fluidité est faible, le remplissage sera insuffisant, il sera difficile de former et la pression de formage sera élevée. Par conséquent, la fluidité du plastique sélectionné doit être compatible avec les exigences de la pièce en plastique, le processus de formage et les conditions de formage. Lors de la conception du moule, le système de coulée, la surface de séparation, la direction d'alimentation, etc. doivent être pris en compte en fonction des performances d'écoulement. Les propriétés d'écoulement des plastiques thermodurcissables sont généralement exprimées en termes d'écoulement Lasig (en millimètres). Plus la valeur est élevée, meilleure est la fluidité. Chaque type de plastique est généralement divisé en trois niveaux de fluidité différents pour différentes pièces en plastique et différents processus de formage. En général, lorsque les pièces en plastique ont une grande surface, de nombreux inserts, des noyaux et des inserts minces et des formes complexes avec des rainures profondes étroites et des parois minces qui ne sont pas favorables au remplissage, des plastiques avec une meilleure fluidité doivent être utilisés. moulage par extrusion, des plastiques avec un débit Rasig supérieur à 150 mm doivent être utilisés, et pour le moulage par injection, des plastiques avec un débit Rasig supérieur à 200 mm doivent être utilisés. Afin de garantir que chaque lot de plastiques a la même fluidité, dans la pratique, la méthode des lots parallèles est souvent utilisée pour ajuster, c'est-à-dire que des plastiques du même type mais avec des fluidités différentes sont utilisés ensemble pour que la fluidité de chaque lot de plastiques se compense mutuellement afin de garantir la qualité des pièces en plastique. Les valeurs de fluidité Rasig des plastiques couramment utilisés sont détaillées dans le tableau 1-1. Cependant, il convient de souligner qu'en plus du type de plastique, la fluidité des plastiques est souvent affectée par divers facteurs lors du remplissage de la cavité. Le remplissage réel de la cavité par les capacités du plastique change. Si la taille des particules est fine et uniforme (en particulier les granulés ronds), l'humidité est élevée, contient beaucoup d'humidité et de matières volatiles, les conditions de préchauffage et de formage sont appropriées, la surface du moule a une bonne finition de surface et la structure du moule est appropriée, etc., cela contribuera à améliorer la fluidité. Au contraire, de mauvaises conditions de préchauffage ou de formage, une mauvaise structure du moule et une grande résistance à l'écoulement, ou une période de stockage du plastique trop longue, expirée et une température de stockage élevée (en particulier pour les plastiques aminés) entraîneront une diminution des performances d'écoulement réelles du plastique lors du remplissage de la cavité et provoqueront un mauvais remplissage.
Volume spécifique et taux de compression
Le volume spécifique est le volume occupé par chaque gramme de plastique (mesuré en cm3/g). Le taux de compression est le rapport entre le volume ou le volume spécifique de la poudre plastique et des pièces en plastique (sa valeur est toujours supérieure à 1). Ils peuvent tous deux être utilisés pour déterminer la taille de la chambre de chargement de la matrice. Une valeur élevée nécessite un volume important de la chambre de chargement. Cela signifie également qu'il y a beaucoup d'air dans la poudre plastique, ce qui la rend difficile à évacuer, ce qui entraîne un long cycle de moulage et une faible productivité. L'inverse est vrai lorsque le volume spécifique est petit, et il est propice au pressage et à la suppression des lingots. Les volumes spécifiques de divers plastiques sont détaillés dans le tableau 1-1. Cependant, la valeur du volume spécifique comporte souvent des erreurs en raison de la taille des particules du plastique et de l'irrégularité des particules.
Propriétés de durcissement
Lors du moulage, les plastiques thermodurcissables se transforment en un état de fluidité plastique visqueux sous l'effet du chauffage et de la pression, puis la fluidité augmente pour remplir la cavité du moule. Dans le même temps, une réaction de condensation se produit, la densité de réticulation continue d'augmenter, la fluidité diminue rapidement et la masse fondue se solidifie progressivement. Lors de la conception du moule, pour les matériaux qui durcissent rapidement et maintiennent un état de fluidité court, il convient de prêter attention à la facilité de chargement, de chargement et de déchargement des inserts, et de sélectionner des conditions et des opérations de formage raisonnables pour éviter un durcissement prématuré ou un durcissement insuffisant, entraînant un mauvais moulage des pièces en plastique.
La vitesse de durcissement peut généralement être analysée à partir du temps de maintien, qui est lié au type de plastique, à l'épaisseur de la paroi, à la forme de la pièce en plastique et à la température du moule. Mais elle est également affectée par d'autres facteurs, notamment liés à l'état de préchauffage. Un préchauffage approprié doit maintenir les conditions qui permettent au plastique d'exercer sa fluidité maximale et essayer d'augmenter sa vitesse de durcissement. En général, la température de préchauffage est élevée et le temps est long (dans la plage autorisée), la vitesse de durcissement sera accélérée, en particulier si l'ébauche de lingot pré-pressée a été préchauffée à haute fréquence, la vitesse de durcissement sera considérablement accélérée. De plus, si la température de formage est élevée et le temps de pressage est long, la vitesse de durcissement augmentera également. Par conséquent, la vitesse de durcissement peut également être contrôlée de manière appropriée en ajustant les conditions de préchauffage ou de formage.
La vitesse de durcissement doit également répondre aux exigences de la méthode de moulage. Par exemple, le moulage par injection et par extrusion doit nécessiter des réactions chimiques lentes et un durcissement lent pendant la plastification et le remplissage. L'état d'écoulement doit être maintenu pendant une longue période. Cependant, lorsque la cavité est remplie, elle subira une température et une pression élevées. Elle doit durcir rapidement.
Teneur en humidité et en substances volatiles
Les différents plastiques contiennent différents niveaux d'humidité et de matières volatiles. En cas de teneur trop élevée, la fluidité augmente, il est facile de déborder, le temps de rétention est long, le rétrécissement augmente et il est sujet à l'ondulation, au gauchissement et à d'autres défauts, ce qui affecte les propriétés mécaniques et électriques des pièces en plastique. Cependant, lorsque le plastique est trop sec, cela entraînera également une mauvaise fluidité et des difficultés de formage. Par conséquent, les différents plastiques doivent être préchauffés et séchés selon les besoins. Pour les matériaux à forte hygroscopicité, en particulier pendant les saisons humides, même les matériaux préchauffés doivent être empêchés d'absorber à nouveau l'humidité.
Étant donné que les différents plastiques contiennent différents composants d'humidité et de substances volatiles, et que l'humidité de condensation se produit pendant la réaction de condensation, ces composants doivent être transformés en gaz et évacués du moule pendant le moulage. Certains gaz ont un effet corrosif sur le moule et sont également nocifs pour le corps humain. Effet stimulant. Pour cette raison, les caractéristiques des différents plastiques doivent être comprises lors de la conception du moule et des mesures correspondantes doivent être prises, telles que le préchauffage, le chromage du moule, l'ouverture de fentes d'échappement ou la mise en place d'un processus d'échappement pendant le formage.
Méthodologie
Produits en plastique sont constitués d'un mélange de résine synthétique et divers additifs comme matières premières, par injection, extrusion, pressage, moulage et autres méthodes. Les produits en plastique obtiennent également les propriétés finales lors du moulage, le moulage du plastique est donc un processus clé de la production.
Le moulage par injection
Le moulage par injection, également appelé moulage par injection, est une méthode qui utilise une machine d'injection pour injecter rapidement du plastique fondu dans un moule et le solidifier afin d'obtenir divers produits en plastique. Cette méthode peut être utilisée pour presque tous les thermoplastiques (à l'exception des fluoroplastiques), et peut également être utilisée pour le formage de certains plastiques thermodurcissables. Le moulage par injection représente environ 30 % de la production de pièces en plastique. Il présente les avantages de pouvoir former des pièces aux formes complexes en une seule fois, des dimensions précises et une productivité élevée. Cependant, les coûts d'équipement et de moule sont élevés, et il est principalement utilisé pour la production de grandes quantités de pièces en plastique.
Il existe deux machines de moulage par injection couramment utilisées : le type à piston et le type à vis. Principe du moulage par injection : ajouter des matières premières pulvérulentes et granulaires de la trémie au barillet. Lorsque le piston avance, les matières premières sont poussées dans la zone de chauffage, puis passent par la navette de dérivation. Le plastique fondu est injecté dans la cavité du moule par la buse. Après refroidissement, le moule est ouvert pour obtenir des produits en plastique. Les pièces en plastique injecté nécessitent généralement un post-traitement approprié après avoir été retirées de la cavité du moule pour éliminer les contraintes et stabiliser la taille et les performances des pièces en plastique pendant le moulage. En outre, il existe également l'élimination des bavures et des portes, le polissage, le revêtement de surface, etc.
Moulage par extrusion
Le moulage par extrusion est un procédé qui utilise la rotation de la vis et la pression pour presser en continu le plastique plastifié dans le moule. En passant à travers la matrice d'une certaine forme, on obtient un profilé en plastique adapté à la forme de la matrice. Le moulage par extrusion représente environ 30 % des produits en plastique et est principalement utilisé pour divers profilés en plastique ayant une certaine section transversale et une grande longueur, tels que les tubes, plaques, tiges, feuilles, bandes, matériaux et matériaux de forme spéciale avec des sections transversales complexes. Ses caractéristiques sont le formage continu, une productivité élevée, une structure de moule simple, un faible coût, une organisation serrée, etc. À l'exception des fluoroplastiques, presque tous les thermoplastiques peuvent être extrudés, et certains plastiques thermodurcissables peuvent également être extrudés.
Le plastique granulaire est introduit depuis la trémie dans la chambre de propulsion en spirale, puis envoyé vers la zone de chauffage par la vis rotative pour fusion et compression ; sous l'action de la force en spirale, il est forcé de passer à travers l'extrudeuse avec une certaine forme. Mouler pour obtenir un profil cohérent avec la forme transversale de la matrice ; après être tombé sur le tapis roulant, pulvériser de l'air ou de l'eau pour le refroidir et le durcir pour obtenir une pièce en plastique solidifiée.
Moulage sous presse
Le moulage par compression, également connu sous le nom de moulage par compression, moulage par compression, moulage, etc., consiste à ajouter des pastilles solides ou des pièces préfabriquées dans le moule, à les ramollir et à les faire fondre par chauffage et pression, et à remplir le moule sous l'action de la pression. cavité, une méthode pour obtenir des pièces en plastique après solidification. Le moulage par compression est principalement utilisé pour les plastiques thermodurcissables, tels que les phénoliques, l'époxy, le silicone, etc. ; il peut également être utilisé pour presser des thermoplastiques polytétrafluoroéthylène produits et chlorure de polyvinyle (PVC) records. Comparé au moulage par injection, le moulage par presse dispose d'équipements et de moules simples et peut produire des produits à grande échelle ; cependant, le cycle de production est long, l'efficacité est faible, il est difficile à automatiser et il est difficile de produire des produits à parois épaisses et des produits aux formes complexes.
En général, le processus de formage à la presse peut être divisé en plusieurs étapes : alimentation, fermeture du moule, évacuation, durcissement et démoulage. Les pièces en plastique doivent être post-traitées après le démoulage. La méthode de traitement est la même que celle des pièces en plastique moulées par injection.
Soufflage
Le moulage par soufflage (un traitement secondaire des matières plastiques) est une méthode de traitement qui utilise de l'air comprimé pour gonfler et déformer la paraison creuse en plastique, puis obtenir des pièces en plastique après refroidissement et mise en forme. Les principales méthodes comprennent le moulage par soufflage creux et le moulage par soufflage de film. La paraison tubulaire extrudée ou injectée à une certaine température est placée dans le moule de soufflage divisé, le moule est fermé, de l'air comprimé est soufflé dans la paraison à travers le tube de soufflage et la paraison est gonflée. Ensuite, rapprochez-la de la paroi du moule, ouvrez le moule et retirez la partie creuse après avoir maintenu la pression, refroidi et mis en forme.
Casting
Le moulage et le formage des matières plastiques sont similaires au moulage et au formage des métaux. Il s'agit d'une méthode de traitement dans laquelle des matériaux polymères ou des matériaux monomères à l'état fluide sont injectés dans un moule spécifique, réagissent, se solidifient et forment des pièces en plastique compatibles avec la cavité du moule dans certaines conditions. Cette méthode de formage dispose d'un équipement simple, ne nécessite pas ou peu de pression, a de faibles exigences en matière de résistance du moule et nécessite un faible investissement de production. Elle peut être appliquée à des pièces en plastique thermoplastiques et thermodurcissables de différentes tailles. Cependant, les pièces en plastique ont une faible précision, une faible productivité et un cycle de formage long.
Moulage par injection assisté par gaz
Le moulage par injection assistée par gaz (en abrégé moulage assisté par gaz) est une nouvelle méthode dans le domaine de la transformation des matières plastiques. Le processus de formage assisté par gaz peut être grossièrement divisé en trois méthodes :
- Formage creux, c'est-à-dire que la matière plastique fondue est injectée dans la cavité du moule. Lorsque le volume de la cavité est rempli à 60-70 %, l'injection est arrêtée et le gaz est injecté jusqu'à ce que la cavité du moule soit maintenue. Presser et refroidir pour durcir. Ce procédé est principalement adapté aux produits en plastique à parois épaisses tels que les poignées et les anses.
- Le procédé de moulage court, c'est-à-dire que lorsque la matière plastique fondue est remplie à 90-98 % du volume de la cavité, l'admission d'air commence. Cette méthode est principalement utilisée pour les produits à parois épaisses ou à parois partielles avec des plans plus grands.
- L'injection complète, c'est-à-dire que la matière plastique fondue est remplie jusqu'à ce que la cavité du moule soit complètement remplie avant l'injection de gaz. Le gaz remplit l'espace causé par le rétrécissement du volume de fusion, et le maintien de la pression du gaz et le maintien de la pression de fusion sont utilisés ensemble pour faire se déformer le produit. La déformation par flexion est considérablement réduite et elle est utilisée pour former des produits à parois minces avec des plans plus grands, et le contrôle du processus est plus compliqué. Les deux premières méthodes sont également appelées méthodes d'injection assistée par gaz de matériau court, et la dernière est appelée méthodes d'injection assistée par gaz de matériau complet.
Le procédé assisté par gaz comprend les quatre étapes suivantes : La première étape est l'injection de plastique. La matière fondue pénètre dans la cavité du moule et rencontre la paroi du moule à une température plus basse, formant une fine couche solidifiée ; la deuxième étape : l'injection de gaz. Le gaz inerte pénètre dans le plastique fondu et pousse le plastique non solidifié au centre dans la cavité qui n'est pas encore remplie ; la troisième étape : l'injection de gaz. Le gaz continue de pousser la matière plastique fondue à s'écouler jusqu'à ce que la matière fondue remplisse toute la cavité ; la quatrième étape : le maintien de la pression du gaz. Dans l'état de maintien de la pression, le gaz dans le canal d'air comprime la matière fondue et réapprovisionne le matériau pour assurer la qualité d'apparence des pièces.
Le formage assisté par gaz présente les avantages suivants : élimine les affaissements de surface du produit et améliore la qualité de la surface du produit ; réduit les déformations de gauchissement et les stries d'écoulement ; réduit les contraintes internes du produit et améliore la résistance du produit ; économise matières premières plastiques et réduit le poids du produit (généralement 20% de réduction) -40%); améliorer la répartition des matériaux sur la section transversale du produit et améliorer la rigidité du produit; raccourcir le temps de moulage et améliorer l'efficacité de la production; prolonger la durée de vie du moule.
Equipements
Le moulage du plastique utilise généralement une machine de moulage par injection, également appelée machine de moulage par injection ou machine d'injection. Il s'agit du principal équipement de moulage pour transformer des matériaux thermoplastiques ou thermodurcissables en produits en plastique de différentes formes à l'aide de moules de moulage en plastique. Divisé en types verticaux, horizontaux et entièrement électriques. La machine de moulage par injection chauffe le plastique et applique une haute pression au plastique fondu, ce qui provoque son injection et le remplissage de la cavité du moule.
Les machines de moulage par soufflage sont également des machines de moulage de plastique très importantes, qui sont divisées en machines de moulage par extrusion-soufflage et des machines de moulage par injection-soufflage, ainsi que Machines de soufflage de bouteilles en PET spécifiquement utilisé pour la production de bouteilles d'eau en plastique.
En plus des deux types de machines en plastique, extrudeuses de plastique sont également des machines en plastique très courantes, qui sont couramment utilisées pour les tuyaux en plastique et autres produits en plastique.
