Traitement des plastiques thermodurcissables moulés par injection

Le moulage par injection de plastique thermodurcissable utilise une vis ou un piston pour pousser le polymère à travers un cylindre chauffé (120-260°F) afin de réduire la viscosité, puis l'injecter dans un moule chauffé (300-450°F). Une fois que le matériau remplit le moule, il est mis sous pression. A ce moment, une réticulation chimique se produit, provoquant le durcissement du polymère. Le produit dur (c'est-à-dire durci) peut être éjecté du moule lorsqu'il est chaud et il ne peut pas être remoulé ou refondu.

L'équipement de moulage par injection dispose d'un dispositif de serrage à entraînement hydraulique pour fermer le moule et d'un dispositif d'injection qui peut transporter le matériau. La plupart des plastiques thermodurcissables sont utilisés sous forme de granulés ou de flocons, qui peuvent être introduits dans le dispositif d'injection à vis par une trémie gravitaire. Lors du traitement du composé de moulage en vrac en polyester (BMC), c'est comme un"pâte à pain"et un piston d'alimentation est utilisé pour presser le matériau dans la rainure filetée.

Les polymères traités par ce processus sont (par ordre de quantité) : composés phénoliques, polyester BMC, mélamine, époxy, plastiques urée-formaldéhyde, polymères d'ester vinylique et phtalate de diallyle (DAP).

La plupart des thermodurcissables contiennent de grandes quantités de charges (jusqu'à 70 % en poids) pour réduire les coûts ou améliorer le faible retrait, la résistance ou les propriétés spéciales. Les charges courantes comprennent les fibres de verre, les fibres minérales, les argiles, les fibres de bois et le noir de carbone. Ces charges peuvent être très abrasives et produire des viscosités élevées qui doivent être surmontées par l'équipement de traitement.

Traitement

La viscosité des thermoplastiques et des thermodurcis diminue lorsqu’ils sont chauffés. Cependant, la viscosité des thermodurcissables augmente avec le temps et la température en raison de réactions chimiques de réticulation. Le résultat combiné de ces effets est une courbe de viscosité en forme de U en fonction du temps et de la température. L'objectif du moulage par injection thermodurci est d'effectuer l'opération de remplissage du moule dans la zone de viscosité la plus faible, car la pression requise pour donner au matériau la forme du moule est la plus faible. Cela permet également de minimiser les dommages causés aux fibres du polymère.

Le processus de moulage par injection utilise une vis pour déplacer le matériau à travers un baril chauffé, qui fait circuler de l'eau ou de l'huile dans une enveloppe autour du baril. La vis peut être conçue pour chaque type de matériau et légèrement comprimée pour éliminer l'air et chauffer le matériau afin d'obtenir une faible viscosité. La plupart des matériaux thermodurcissables s’écoulent assez bien ici.

L'opération consistant à introduire le matériau dans le moule consiste à arrêter la rotation de la vis et à pousser la vis vers l'avant à grande vitesse avec une pression hydraulique pour forcer le matériau plastifié à faible viscosité dans le moule. Ce débit rapide nécessite de remplir la cavité du moule en 0,5 seconde et la pression doit atteindre 193 MPa. Une fois la cavité du moule remplie, l’écoulement à grande vitesse du matériau génère une plus grande chaleur de friction pour accélérer la réaction chimique.

Une fois la cavité du moule remplie, la pression d'injection chutera jusqu'à une pression de maintien de 34,5 à 68,9 MPa. Cette pression de maintien est maintenue sur le matériau pendant 5 à 10 secondes, puis la pression est relâchée et la phase suivante de plastification du cycle commence.

Le matériau est maintenu dans le moule chaud jusqu'à ce qu'il durcisse, puis le dispositif de serrage est ouvert pour éjecter le produit. Le produit peut être légèrement non durci et un peu mou lorsqu'il vient d'être éjecté. Le durcissement final est terminé 1 à 2 minutes après le retrait grâce à la chaleur retenue à l'intérieur du produit. L'ensemble du cycle de production des produits thermodurcissables dure de 10 à 120 secondes, en fonction de l'épaisseur du produit et du type de matière première.

De nombreuses technologies différentes et spécialisées sont utilisées pour améliorer la qualité et la reproductibilité du produit. Compte tenu du fait que certains polymères thermodurcissables produisent du gaz lorsqu'ils sont chauffés, il se produit souvent une opération de dégonflage après le remplissage partiel du moule. Lors de cette étape, le moule est légèrement ouvert pour permettre au gaz de s'échapper, puis rapidement fermé pour injecter le matériau restant.

Le moulage par injection offre une résistance plus élevée, un meilleur contrôle dimensionnel et un état de surface (apparence) amélioré, obtenu en utilisant un moule avec une cavité de membrane télescopique et un noyau de membrane. Le moule peut être ouvert de 1/8 à 1/2 po pendant le processus d'injection, puis rapidement compressé, tout comme le moule est fermé.

Les composés de moulage intégraux à base de fibre de verre, de charge et de résine polyester insaturée peuvent être équipés d'un équipement spécialisé supplémentaire sur la machine pour terminer le moulage par injection. Un alimentateur à piston est relié au canon pour forcer l'alimentation, qui peut ensuite être actionnée de deux manières différentes. L’un d’entre eux est doté d’une vis alternative traditionnelle qui pousse le matériau vers l’avant tout en le mélangeant et en le chauffant. Cela nécessite un clapet anti-retour à l'extrémité de la vis. Empêcher le matériau de refluer sur les filetages car la viscosité du matériau est très faible. Une autre façon consiste à utiliser un piston ou un piston pour presser le matériau dans la cavité du moule. Le piston est souvent utilisé pour les matériaux contenant plus de 22 % de fibre de verre en poids, car il endommage moins la fibre et peut également obtenir une résistance plus élevée.

Une autre méthode de processus qui a été utilisée pour la première fois pour le moulage de plastiques thermodurcissables est le moulage par compression et le moulage par transfert. Par rapport à eux, les avantages et les inconvénients du moulage par injection sont les suivants :

Les avantages du moulage par injection par rapport au moulage par compression sont : un cycle de moulage plus rapide (2 à 3 fois) l'automatisation du processus ; moins de changements de produits ; des coûts de main-d'œuvre inférieurs ; capacité de production élevée.

Les inconvénients du moulage par injection par rapport au moulage par compression sont : un investissement plus élevé en équipement et en moule ; le moulage par compression peut obtenir une résistance plus élevée du produit et une meilleure finition de surface.

Les avantages du moulage sous pression se situent généralement entre le moulage par injection et le moulage par compression.

Équipement

Les facteurs importants dans la sélection de l'équipement pour le moulage par injection de plastique thermodurcissable comprennent : la capacité du dispositif de serrage du moule et la capacité de moulage par injection ; système de contrôle et température du baril.

La sélection du dispositif de serrage du moule avec une pression de fermeture en tonnes doit être basée sur la zone de moulage projetée déterminée du produit et le canal d'écoulement. Le tonnage requis peut être de 1,5 à 5 t/in2, selon la complexité du produit moulé et les matières premières utilisées. La taille de l'équipement est comprise entre 30 et 3 000 t, et l'équipement le plus courant se situe entre 100 et 600 t. L'épaisseur de la tôle d'acier et la rigidité de la machine sont très importantes. Minimiser la déformation par flexion lors de l'injection, ce qui rend difficile l'élimination du trop-plein.

La capacité d'injection de la machine doit être analysée en fonction de la pression d'injection maximale requise pour remplir le moule et du volume de matériau dans le système de cavité et de canal d'écoulement. La pression d'injection requise varie de 96,5 MPa pour les composés de moulage intégraux en polyester à 207 MPa pour certains plastiques phénoliques spéciaux. La capacité d'injection de la machine est souvent indiquée par le volume théorique (la surface de la vis ou du piston injectée multipliée par sa course).

En général, la capacité de l'équipement est déterminée par 85 % du volume du produit que l'équipement peut produire. Lorsque l'équipement est indiqué par capacité de production de polystyrène, la différence de densité entre celui-ci et les plastiques thermodurcissables doit être prise en compte lors de la détermination de la capacité de production en poids partiel.

Le système de contrôle populaire actuel est le contrôle par ordinateur, qui peut sélectionner la vitesse d'injection et la charge du dispositif de serrage. Le programme de fonctionnement du processus, le mouvement du noyau latéral du moule vers le moule, le cycle de travail du dispositif d'éjection et le contrôle de la température du barillet et du moule. La méthode de réglage et d’enregistrement de l’alimentation d’un moule spécifique et de matières premières spécifiques en séquence est extrêmement précieuse. Parce qu’il y a un grand nombre de variables dans le processus.

La température du fût est contrôlée par l'eau chaude circulant à travers la chemise recouvrant le fût. Le contrôle de la température du moule est le plus souvent effectué par des radiateurs enfichables, mais il peut également être effectué par de la vapeur ou par circulation d'huile chaude.

La température du moule hautement contrôlable est la condition la plus importante pour obtenir des produits uniformes.

Les options d'équipement courantes incluent des alimentateurs pour composés de moulage intégrés, des systèmes de moulage à changement rapide, des réservoirs de fluide hydraulique pour une injection rapide, des noyaux latéraux connectés au système hydraulique pour le glissement du moule, des systèmes de ramassage robotisés et des jets d'air pour éliminer les bavures générées lors de chaque moulage. faire du vélo.

En raison de la faible viscosité du polymère, il s'écoule en un film mince sur la ligne de joint, de sorte que les plastiques thermodurcis finis doivent souvent être coupés pour éliminer les bavures. L'élimination par bavure des pièces moulées se fait souvent en roulant les pièces ou en les faisant passer dans un dispositif où des granulés de plastique à grande vitesse éliminent la couche de bavure fragile.

Applications

Les principaux marchés pour les matériaux thermodurcis produits par moulage par injection comprennent :

Industrie automobile : pièces de moteur, réflecteurs de phares et pièces de freins.

Industrie électrique : disjoncteurs, boîtiers d'interrupteurs et formeurs de bobines.

Appareils électroménagers : plaques de four à pain, socles de cafetières, collecteurs de moteurs, carters moteurs et carters poubelles.

Autres : boîtiers d'outils électriques, boîtiers de lampes, débitmètres de gaz et vaisselle.