Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Claude JAMMET : Diplômé de l’École d’application des hauts polymères (EAHP) - Ingénieur de recherches Elf-Atochem, Service des technologies de transformation des thermoplastiques
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les techniques de formage sont utilisées très largement dans l’industrie, elles vont de l’estampage, forgeage des métaux au thermoformage des matières plastiques dont il sera question ici.
Le thermoformage permet la production industrielle d’objets les plus divers tels un carter de ventilateur, une barquette d’emballage, un pot de yaourt, une baignoire, etc. L’objet thermoformé s’obtient en deux étapes de transformation du matériau initial. La matière plastique, produite par l’industrie chimique à partir de monomères, se trouve dans la plupart des cas, sous forme de granulés. La première étape de mise en forme, consiste en la fabrication d’une feuille ou d’une plaque par la technique de l’extrusion. La seconde étape, qui nous intéresse ici, en ligne, ou en reprise, est l’opération proprement dite du thermoformage, qui va conduire à l’objet final.
Le thermoformage permet de réaliser des objets d’épaisseurs très variables, de quelques dizaines de micromètres à plus d’un centimètre, de travailler à très hautes cadences de production, avec des outillages bon marché, qui compensent le handicap du coût de la matière première, un semi-produit. Aujourd’hui, le termoformage est un des grands procédés de transformation des polymères thermoplastiques.
Si le principe est resté le même depuis plusieurs décennies, les installations ont quant à elles, évolué. Elles permettent de transformer facilement la plupart des matériaux thermoplastiques, le polypropylène, le polystyrène, le polychlorure de vinyle, le polyméthacrylate de méthyle, les multicouches associant plusieurs types de polymères. De plus en plus, on voit apparaître des polymères expansés qui confèrent aux objets, légèreté et isolation thermique.
Les marchés intéressés sont ceux de l’emballage alimentaire, l’électroménager, le sanitaire, l’automobile, etc.
La technique de thermoformage nécessite pour sa compréhension, non seulement la connaissance des sciences classiques de l’ingénieur, mais aussi celle des polymères. Dans l’exposé qui suit, on s’est efforcé de mettre en relation les observations pratiques avec des points de vue plus scientifiques. Le praticien aussi bien que le scientifique pourront trouver matière à s’enrichir.
Pour une approche plus en profondeur, le lecteur pourra se reporter aux volumes des techniques de l’ingénieur consacrées aux Sciences fondamentales et aux Plastiques.
Les données pratiques sont le fruit d’une expérience industrielle et de laboratoire.
La variété des techniques de thermoformage est très grande, et pour tout complément on pourra se référer aux ouvrages de base ou articles donnés en bibliographie (Doc. AM 3 660).
Les point suivants seront successivement abordés :
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l’aspect matériau et semi-produit avec leurs plages de température de formage ;
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les types généraux de thermoformage ;
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les machines, en détaillant les différentes parties les constituant ;
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la modélisation qui prend un grand essor actuellement ;
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un aperçu du coût comparatif entre pièce injectée et thermoformée ;
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des données sur le marché et ses tendances (Doc. AM 3 660).
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VERSIONS
- Version courante de nov. 2019 par Jean-Claude JAMMET, Francis PINSOLLE
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Matériaux thermoformables1. Présentation
1.1 Principe [1]Thermoforming [2]Thermoforming [3]Practical thermoforming.
Le thermoformage consiste à chauffer une feuille, ou une plaque, à une température permettant sa déformation dans un moule dont elle épouse la forme par action d’une différence de pression entre ses deux faces. Après refroidissement, on obtient l’objet désiré.
La mise en forme s’effectue généralement par une pression d’air sur la feuille, ou une dépression d’air sous cette dernière, souvent assistée mécaniquement par un poinçon (figure 1).
C’est un procédé de transformation « basse pression », qui impose de faibles contraintes à la feuille. Les matériaux ne peuvent donc être formés que lorsque leurs propriétés mécaniques ont chuté, dans la zone du plateau caoutchoutique pour les polymères amorphes et dans la zone de la température de fusion pour les semi-cristallins.
L’art du thermoformage consiste à maîtriser le comportement de la feuille au cours de toutes les transformations qu’elle va subir notamment pendant le chauffage et le formage.
Si le principe général est le même, de nombreuses variantes existent, dans la géométrie des moules, dans le cycle de mise en pression, etc.
L’étirage que subit le matériau pendant sa déformation va conduire à une diminution et à une hétérogénéité de l’épaisseur dans l’objet fini (figure 2). La recherche d’une répartition idéale des épaisseurs est à l’origine de différentes variantes du cycle de thermoformage.
HAUT DE PAGE1.2 Machine type et domaine d’application
Une machine de thermoformage (figure 3) est généralement constituée d’un poste de chauffe, d’un poste de formage proprement dit, d’un poste de découpe et d’un poste d’empilage.
Les machines sont en général équipées d’automates permettant le réglage et le suivi des principales opérations. Il est aujourd’hui impératif qu’elles soient fiables et qu’elles assurent la reproductibilité du cycle de formage pour...
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