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EnglishRÉSUMÉ
L’injection assistée par gaz est un procédé apparu fin des années 80. Le but premier de ce procédé était de réaliser des gains matières et éventuellement de temps de cycle. Très rapidement, de nombreuses difficultés sont apparues : contraintes juridiques, maîtrise des paramètres du procédé, technologie des injecteurs pour ne citer que les plus fréquentes. En parallèle, des travaux réalisés soit en bureau d’études, soit en laboratoire de recherche ont permis d’élargir le champ d’applications du procédé.
Aujourd’hui, de nouveaux procédés sont étudiés, l’injection assistée par eau, mais aussi les procédés d’injection microcellulaire, la bi-injection assistée par gaz ou agents gonflants permettent d’entrevoir de nouvelles possibilités et ainsi compenser les limites de l’injection assistée par gaz.
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Jean-Luc DREYER : Simplast Sarl, Barr (France)
INTRODUCTION
Les matières plastiques étant synthétisées à partir de pétrole et injectées à haute température et haute pression, le gaz utilisé est majoritairement de l’azote avec un taux résiduel d’oxygène inférieur à 1.5 %.
Les premières applications de l’injection assistée par gaz IAG n’avaient qu’un seul but, réaliser des économies de matière. Très rapidement, les applications de l’injection assistée par gaz se multiplièrent et aujourd’hui l’injection assistée par gaz peut être utilisée pour :
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améliorer ou même remplacer la phase de maintien en pression et diminuer les retassures ;
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diminuer les temps de cycle en assurant un meilleur contact polymère-outillage ;
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augmenter de la rigidité en créant un effet tube ;
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réduire les coûts de production en réduisant la force de fermeture
Cette technique de transformation peut être mise en œuvre par différents procédés présentant évidemment des avantages et des inconvénients. Afin de faciliter la compréhension des phénomènes, nous portons toute notre attention sur le procédé de remplissage partiel car il permet de cumuler tous les avantages de l’injection assistée par gaz :
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diminution du poids de la pièce ;
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diminution du temps de cycle car on injecte moins de matière ;
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diminution de la force de fermeture pour la même raison ;
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diminution des retassures, le gaz pouvant être guidé dans les zones critiques ;
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augmentation de la rigidité à moment quadratique équivalent ;
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amélioration de l’aspect.
L’injection assistée par gaz est un procédé où toute étape doit être optimisée, de la conception de la pièce au choix de la matière et de l’optimisation de l’outillage jusqu’au choix de la presse à injecter. Il suffit d’un seul paramètre négligé pour risquer une production aléatoire, voire de mauvaise qualité. Le choix de la matière est primordial, surtout pour les polymères cristallins et chargés. La grande majorité des fournisseurs de résines ont développé pour les polyamides, polypropylènes et autres polybutylène téréphtalate des grades spécifiques adaptés à l’injection assistée par gaz. Choisir un grade inadapté pour une pièce technique optimisée conduit souvent à une impasse, les défauts d’aspect ayant une telle influence que la totalité du projet peut être remise en cause. Ce procédé trouve aujourd’hui une seconde jeunesse après un démarrage très rapide suivi par une longue période de désillusions.
Le procédé se démocratise et l’on trouve des applications dans des domaines aussi variés que le jouet, l’électroménager, le médical, le bricolage et l’ameublement. Il y a encore 15 ans, on considérait que le procédé était « réservé » à l’automobile et aux façades de téléviseurs. Cette récente évolution est due à la créativité dont ont fait preuve les designers et bureaux d’études. Leur but n’est pas de gagner de la matière ou de renforcer la pièce par une nervure creuse, mais d’améliorer la phase de compactage ou de supprimer un mouvement dans le moule.
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2006 par Jean-Luc DREYER
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5. Principaux paramètres de mise en œuvre
Le procédé d’injection assistée par gaz mis en œuvre avec une ou plusieurs masselottes ne demande aucune compétence particulière étant donné que le remplissage de la cavité est réalisé de façon parfaitement conventionnelle. Les seuls problèmes que l’on pourrait éventuellement rencontrer se trouvent au niveau des variations de section entre les zones de faible épaisseur et les zones renforcées par la veine gaz.
La mise en œuvre du procédé de remplissage partiel demande beaucoup plus de rigueur et d’analyse. L’influence des différents paramètres varie en fonction de la géométrie de la pièce.
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Vitesse d’injection dynamique
Le phénomène d’insufflation de gaz provoque la formation d’une bulle et cela à très grande vitesse : en effet, la formation de la bulle est réalisée en moins de 0,1 s. Si il existe un écart trop important entre la vitesse du front de matière lors de la phase d’injection dynamique et la vitesse de ce front lors de la phase de soufflage, la matière subit une très forte accélération et un très fort cisaillement, ce qui a pour conséquence une augmentation de température et une modification de la viscosité. En règle générale, il est préconisé d’injecter deux fois plus vite qu’en injection classique.
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Pression d’injection du gaz
Dans tous les cas, il est indispensable de travailler avec la pression d’azote la plus faible possible et cela pour deux raisons :
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l’azote a un coût ;
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la pression donne le niveau d’accélération de la matière.
La première raison est purement économique, l’influence de l’azote sur le coût de la pièce est directement liée au niveau de pression. Injecter l’azote à 20 bar coûte au moins dix fois moins que de l’injecter à 200 bar. Cela est peut-être une évidence, mais demander des modifications de géométrie de la pièce pour pouvoir diminuer la pression d’azote est économiquement indispensable. Optimiser la conception d’une pièce IAG demande de la souplesse quant à la conception des autres pièces plastiques qui lui sont fonctionnellement liées.
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Retard à l’injection du gaz
En règle générale, il est suggéré d’injecter le gaz 0,3 s avant la fin de l’injection...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AVERY (J.) - Gas assist injection molding, principles and applications - . Hanser (2001).
-
(2) - BATTENFELD - Technique d’injection des années 1990 - (1990).
-
(3) - KLÖECKNER FERROMATIK - Système Airpress - .
-
(4) - HYDAC – BEFA - Système d’injection et de récupération d’azote - .
-
(5) - Du PONT de NEMOURS - Moulage avec injection de gaz des polymères techniques de Du Pont de Nemours. - Rapport technique TRG 3060.
-
(6) - ECKARDT (H.) - Pression interne de gaz en continu pour injection - . Meinerzhagen, Plast Europe, juin 1993.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Moules pour l’injection des thermoplastiques – Généralités et périphériques
-
Moules pour l’injection des thermoplastiques – Conception et réalisation
-
Thermique de l’injection des thermoplastiques. Fondements
-
Thermique de l’injection des thermoplastiques. Optimisation
ANNEXES
Ce n’est qu’en 2010 que la situation juridique a trouvé un épilogue, les joutes juridiques qui avaient perturbé le développement du procédé d’injection assistée par gaz cessèrent le jour où le brevet relatif aux masselottes tomba dans le domaine public. Mais le mal était fait, beaucoup de transformateurs s’étaient découragés devant toutes ces difficultés.
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