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RÉSUMÉ
L’injection moussage est l'un des procédés industriels les plus intéressants pour produire des matériaux thermoplastiques légers. Le moussage peut être réalisé avec l’aide d’agents moussants chimiques ou par injection directe de gaz. Cet article analyse la production de pièces injectées en polymère thermoplastique moussé, avec une attention particulière sur certaines avancées technologiques et sur l’influence de la formulation qui permettent d'améliorer l'aspect de surface et une meilleure maîtrise de la structure des pièces injectées. Une partie de l'article est consacrée à la modélisation théorique de la croissance des bulles. Pour conclure, une analyse des propriétés mécaniques est présentée.
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Microcellular injection foaming has become one of the most useful industrial processes for producing lightweight thermoplastic materials. Foaming can be carried out using chemical foaming agents or by direct gas injection into the barrel system. This article analyzes the production of microcellular thermoplastic foams in injection molding, paying special attention to new technological advances and the influence of the formulation, which allow an improved surface aspect and better control of the morphological structure of the injected parts. Part of the article is devoted to the theoretical modeling of bubble growth. To conclude, an analysis of different mechanical properties is presented.
Auteur(s)
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José Antonio REGLERO RUIZ : Chercheur Post-doctoral - MINES ParisTech – PSL Research University, Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF), UMR CNRS 7635, Sophia Antipolis, France.
-
Michel VINCENT : Directeur de recherche au CNRS - MINES ParisTech – PSL Research University, Centre de Mise en Forme des Matériaux (CEMEF), UMR CNRS 7635, Sophia Antipolis, France.
INTRODUCTION
Les mousses de polymères sont une classe de matériaux cellulaires qui sont composés d’une phase polymère solide et d’une phase gazeuse dispersée. Ils sont avantageux par rapport aux matériaux massifs en raison de leur poids léger, de leur excellente capacité d’absorption d’énergie et aussi d’un bon comportement d’isolation. Aujourd’hui, nous sommes confrontés à l’utilisation de mousses polymériques dans la vie quotidienne et cela nécessite l’optimisation de leurs procédés d’élaboration et l’investigation des relations structure-propriétés.
Le principal paramètre pour définir ce type de matériaux est leur densité relative (le rapport entre la masse volumique du polymère expansé et celle du polymère solide). On parle de mousses de basse densité si la densité relative est inférieure à 0,40 ou de mousses de haute densité si la densité relative est entre 0,40 et 0,70. Les mousses de haute densité sont aussi appelés « polymères allégés ».
Les polymères allégés sont devenus des produits importants, spécialement dans le secteur automobile. Les pièces injectées combinent l’allégement de poids avec des qualités mécaniques satisfaisantes comme la rigidité et la résistance au choc.
Pour cette raison, les procédés de production des polymères allégés en injection ont beaucoup évolué dans les dernières années. Ils peuvent être réalisés par voie chimique, avec l’utilisation d’agents gonflants, ou par voie physique, par injection directe de gaz dans le système vis/fourreau. En général, l’obtention de pièces injectées en polymère allégé comprend les étapes suivantes :
-
le choix des polymères et/ou mélanges de polymères ;
-
le choix du procédé de moussage (par voie chimique ou physique) ;
-
la définition des conditions d’injection (pression hydraulique, profil de température de la vis, vitesse d’injection, etc.) ;
-
l’utilisation des techniques innovantes pour contrôler l’expansion (ouverture de moule, contre-pression de gaz à l’intérieur du moule, etc.) ;
-
la détermination des propriétés des matériaux obtenus et l’optimisation du procédé.
Le présent article est consacré à l’étude de l’obtention des polymères allégés en injection, principalement le polypropylène. L’article commence par une introduction des caractéristiques les plus importantes des mousses polymériques et par une description des procédés d’injection moussage, par voie chimique et voie physique. Les procédés de contrôle du moussage comme l’ouverture partielle du moule, appelée « core-back » en anglais, et la pressurisation de la cavité avant injection sont étudiés. Une analyse des interactions gaz-polymère (diffusion, nucléation, plastification, croissance, gonflage, etc.), permet de comprendre la physique du procédé, avec l’appui d’un modèle simple de croissance des bulles. Enfin, quelques propriétés mécaniques sont analysées et plusieurs pistes d’investigation seront proposées pour avancer dans la maîtrise de ce type de matériau innovant.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
mechanical properties | car | injection-molding | foaming
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Influence du matériau sur la morphologie
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3. Amélioration du procédé
Des avancées technologiques ont été mises en œuvre industriellement pour améliorer le contrôle du procédé et la qualité des pièces injectées :
-
le contrôle de l’expansion de la mousse pour arriver à un taux d’expansion le plus élevé possible sans pénaliser les propriétés finales du produit. Pour cela, le procédé avec ouverture du moule à la fin du remplissage (core-back) a été introduit.
-
l’amélioration de l’aspect de surface des pièces obtenues par la mise sous pression de la cavité avant remplissage.
3.1 Ouverture du moule (core-back)
Le polymère est injecté dans une cavité d’épaisseur faible (figure 10, étape 1). Après un maintien très court (étape 2), pendant lequel les peaux solides se forment, le moule est ouvert d’environ 0,5 à 1,5 mm (étape 3), ce qui permet aux bulles de s’expanser à cœur.
Cette technique d’ouverture de moule peut être utilisée aussi bien dans les procédés par voie chimique que par voie physique. La valeur de la course d’ouverture dépend essentiellement de la masse volumique cible des allégés et de l’épaisseur initiale de la cavité. Pour des valeurs typiques d’épaisseur initiale entre 1 et 3 mm, la course d’ouverture est de 0,5 à 2 mm, donc le taux d’expansion est compris entre 1,5 et 1,7 par rapport au volume initial de la cavité. La masse volumique finale de la pièce est de l’ordre de 0,40 g·cm–3 à 0,60 g·cm–3.
HAUT DE PAGE3.2 Mise sous pression de la cavité
Si le moussage commence...
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Amélioration du procédé
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GIBSON (L.J.), ASHBY (M.F.) - Cellular solids : structure and properties. - Cambridge University Press (1999).
-
(2) - LEE (J.), TURNG (L.-S.), DOUGHERTY (E.), GORTON (P.) - A novel method for improving the surface quality of microcellular injection molded parts. - Polymer. Volume 52, pages 1436-1446, Mars 2011.
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(3) - GOSSELIN (R.), RODRIGUE (D.) - Cell morphology analysis of high density polymer foams. - Polymer Testing. Volume 24, pages 1027-1035, Juillet 2005.
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(4) - XU (J.), TURNG (L.-S.) - Microcellular injection molding. - Wiley International (2010).
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(5) - LAN (H.-Y.), TSENG (H.-C.) - Study on the rheological behavior of PP/Supercritical CO2 mixture. - Journal of Polymer Research. Volume 9, pages 157-162, Septembre 2002.
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ImageJ, (version pour Windows Vista), [Logiciel], RSB Homepage.
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https://www.plasteurope.com/news/MECAPLAST_t222583/
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 8256-1 AFNOR - 2005 - AFNOR Plastiques – Détermination de la résistance au choc-traction - -
NF EN ISO 604 AFNOR - 2004 - AFNOR Plastiques – Détermination des propriétés en compression - -
NF EN ISO 180 AFNOR - 2001 - AFNOR Plastiques – Détermination de la résistance au choc Izod - -
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