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RÉSUMÉ
La caractérisation et le contrôle des matières plastiques sont des étapes primordiales pour la conception et la production de pièces de qualité. L'acquisition de données pour les logiciels de conception, modélisation et simulation, l'évaluation des durabilités sont essentielles pour la conception. Le contrôle traditionnel évolue vers des techniques plus sophistiquées, plus diversifiées et plus rapides afin de tester les produits directement sur les lignes de production, et parfois même pour un pilotage automatisé. L'utilisation de méthodes mathématiques s'est également développée pour l'établissement de plans expérimentaux, l'exploitation des résultats et les prévisions de durabilité à long terme.
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The characterization and control of plastics are essential steps in the design and production of quality parts. Data acquisition for design, modeling and simulation software as well as evaluation of sustainability is essential to the design. Traditional control is evolving towards more diversified, faster and more sophisticated techniques in order to test the products directly on the production lines, and sometimes even for automated control. The use of mathematical methods has also been developed for the implementation of experimental plans, exploiting results and long-term sustainability forecast.
Auteur(s)
-
Michel BIRON : Ingénieur de l'Institut national supérieur de chimie industrielle de Rouen (INSCIR) et de l'Institut français du caoutchouc (IFC) - Consultant
INTRODUCTION
Les matières plastiques sont devenues des matériaux incontournables aussi bien pour les utilisations courantes que pour des applications aussi performantes que l'aéronautique ou l'électronique pour n'en citer que deux exemples. Les tonnages utilisés sont impressionnants (270 millions de tonnes en 2012), intermédiaires entre ceux des aciers et de l'aluminium, avec un taux de croissance supérieur à celui des matériaux traditionnels. L'industrie des plastiques est encore jeune et nécessite de nombreuses caractérisations sophistiquées en plus des besoins courants concernant le contrôle. La caractérisation et le contrôle des matières plastiques sont des étapes primordiales pour la qualité des pièces produites par les transformateurs ou achetées par les utilisateurs. Les implications économiques sont de plus en plus importantes d'autant que les sources d'approvisionnement se diversifient et incluent désormais de nombreux pays en plein développement industriel.
Le contrôle traditionnel a évolué vers des techniques plus sophistiquées, plus diversifiées et plus rapides permettant de tester les produits fabriqués directement sur les lignes de production. Par exemple, la conduite automatisée des presses et extrudeuses nécessite des résultats en temps réel permettant aux logiciels de conduite de réagir quasi immédiatement pour optimiser la qualité et les coûts de fabrication malgré la sévérisation des spécifications. Pour la conception des pièces et systèmes, les besoins sont énormes pour le recueil des paramètres nécessaires au fonctionnement des logiciels de conception, modélisation et simulation ainsi que pour l'évaluation des durabilités à plus ou moins long terme (jusqu'à 50 ans et plus) dans des conditions plus ou moins difficiles.
Les implications sont à la fois techniques, économiques, commerciales et environnementales pour répondre aux besoins variés des différents acteurs, producteurs, transformateurs, concepteurs, prescripteurs, moulistes, recycleurs, acheteurs et utilisateurs de pièces plastiques.
La caractérisation et le contrôle, comme toutes les autres opérations industrielles, doivent poursuivre des buts définis pour que leur coût ne grève pas inutilement les prix de revient.
Techniquement, les essais réalisés découlent des spécificités des matières plastiques et des résultats pratiques que l'on en attend. La recherche scientifique n'entre pas dans le cadre de cet article.
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Adaptation des mesures aux polymères et fonctionnalités des pièces
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2. Buts de la caractérisation et du contrôle
La caractérisation et le contrôle, comme toutes les autres opérations industrielles, doivent poursuivre des buts définis et leurs coûts doivent être en rapport avec le bénéfice attendu.
Techniquement, les essais réalisés vont découler des spécificités des matières plastiques examinées dans le paragraphe 1 et des résultats pratiques que l'on en attend. La recherche scientifique n'entre pas dans le cadre de cet article.
La stratégie doit évoluer entre les essais réalisés en interne et la sous-traitance suivant les impératifs techniques, commerciaux, réglementaires et économiques. La panoplie des essais physico-chimiques, physiques et chimiques est presque inépuisable et les coûts peuvent augmenter très vite, d'autant que l'on recherche des hautes précisions et des traces d'entités chimiques plus ou moins exotiques. Il faut donc veiller à rester raisonnable et ne pas se laisser aller à des recherches certes intéressantes mais non indispensables.
Le contrôle et l'amélioration de la qualité sont vraisemblablement les plus anciennes fonctions avec en tout premier le contrôle dimensionnel et l'aspect des pièces et produits. Les méthodes de contrôle divergent souvent suivant que le problème se pose chez le transformateur ou l'utilisateur. Pour le transformateur, il s'agit de trouver les valeurs utiles à mesurer et d'adapter la fréquence des contrôles pour assurer la qualité convenable dans les meilleures conditions économiques. Les contrôles sont généralement faits en interne avec du personnel formé à cet effet. Par contre, les essais plus spécifiques devant répondre à un besoin ponctuel peuvent être sous traités. Pour le client utilisateur de pièces plastiques, les essais doivent vérifier la conformité des produits livrés et leur aptitude à la fonction. Certains essais répétitifs peuvent être faits en interne et les essais particuliers en sous-traitance. Dans le cadre de programmes d'assurance de la qualité, la charge des essais peut être reportée vers le fournisseur.
Pour l'accession aux marchés réglementés, les essais sont déterminés par le donneur d'ordres en fonction de la réglementation et la stratégie est souvent imposée, certains essais devant être réalisés par des laboratoires agréés.
Parmi les buts particuliers, certains méritent un examen plus approfondi, par exemple :
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l'acquisition de données...
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Buts de la caractérisation et du contrôle
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GUGUMUS (F.) - Polymer Degradation and Stability. - 63, 1999, p. 41.
-
(2) - GEORGET (M.P.) - * - (SIA-AFICEP, Rennes, 95/02/04).
-
(3) - BIRON (M.) - Aide-mémoire Transformation des matières plastiques. - Dunod, 2010.
-
(4) - BATHIAS (C.) et coll. - Matériaux composites. - Dunod, 2009.
-
(5) - BIRON (M.) - Thermoplastics and Thermoplastic Composites. - Elsevier, 2007.
-
(6) - BIRON (M.) - Thermosets and Composites. - Elsevier, 2004.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
– Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 1 : principes généraux. Indice de classement : T51-507-1 - NF EN ISO 11357-1 - Décembre 2009
-
Caoutchouc – Analyse enthalpique différentielle (DSC) – Principes généraux. Indice de classement : T46-050 - NF T46-050 - Juin 2008
-
Plastiques – Matériaux semi-cristallins – Détermination de la température de fusion conventionnelle par analyse thermique. Indice de classement : T51-223 - NF T51-223 - Juin 1985
-
Ingrédients de mélange du caoutchouc – Huiles de mise en œuvre – Détermination de la température de transition vitreuse par DSC. Indice de classement T45-033PR. Statut : Projet de norme - PR NF ISO 28343 - Juillet 2009
-
Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 1 : principes généraux - ISO 11357-1:2009 - Octobre 2009
-
Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 2 : détermination de la température de transition vitreuse - ISO 11357-2:1999 - Mars 1999
-
...
ANNEXES
https://www.insa-lyon.fr/en/mots-cles/plasturgie
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