Introduction : Le moulage par injection est le principal procédé de fabrication des emballages cosmétiques. Souvent la première étape, il détermine directement la qualité et la productivité du produit. Le paramétrage du procédé de moulage par injection doit prendre en compte sept facteurs : le retrait, la fluidité, la cristallinité, la thermosensibilité et l’hydrolyse des plastiques, la fissuration sous contrainte et la rupture à l’état fondu, les performances thermiques et la vitesse de refroidissement, ainsi que l’absorption d’humidité. Cet article a été rédigé par…paquet arc-en-ciel de ShanghaiPartagez le contenu pertinent de ces 7 facteurs, à titre de référence pour vos amis de la chaîne d'approvisionnement de Youpin :
moulage par injection
Le moulage par injection, également appelé moulage par injection, est une méthode de moulage qui combine injection et moulage. Ses avantages sont une production rapide, une grande efficacité, la possibilité d'automatisation, une large gamme de couleurs, de formes (des plus simples aux plus complexes) et de tailles (des plus grandes aux plus petites), une grande précision dimensionnelle, une facilité de mise à jour et la possibilité de réaliser des formes complexes. Le moulage par injection est particulièrement adapté à la production en série et aux procédés de moulage de pièces aux formes complexes. À une température donnée, le matériau plastique fondu est brassé par une vis sans fin, injecté sous haute pression dans la cavité du moule, puis refroidi et solidifié pour obtenir la pièce moulée. Cette méthode est idéale pour la production en série de pièces aux formes complexes et constitue l'un des procédés de fabrication les plus importants.
01
Rétrécissement
Les facteurs influençant le retrait des pièces moulées en thermoplastique sont les suivants :
1) Types de plastiques : Lors du moulage des plastiques thermoplastiques, des variations de volume persistent en raison de la cristallisation, de fortes contraintes internes, d’importantes contraintes résiduelles figées dans les pièces, d’une forte orientation moléculaire et d’autres facteurs. Par conséquent, comparé aux plastiques thermodurcissables, le taux de retrait est plus élevé, l’amplitude de retrait est plus importante et la directionnalité est marquée. De plus, le retrait après moulage, recuit ou conditionnement en humidité est généralement supérieur à celui des plastiques thermodurcissables.
2) Caractéristiques de la pièce en plastique. Au contact de la surface de la cavité, la couche externe se refroidit instantanément, formant une coque solide de faible densité. La couche interne, du fait de la faible conductivité thermique du plastique, se refroidit lentement, formant une couche solide de haute densité avec un retrait important. Par conséquent, l'épaisseur de la paroi, la lenteur du refroidissement et l'épaisseur de la couche de haute densité entraînent un retrait plus important.
De plus, la présence ou l'absence d'inserts, ainsi que leur disposition et leur nombre, influent directement sur le sens d'écoulement du matériau, la distribution de sa densité et sa résistance au retrait. Par conséquent, les caractéristiques des pièces en plastique ont un impact majeur sur le retrait et la directionnalité.
3) Des facteurs tels que la forme, la taille et la disposition de l'orifice d'alimentation influent directement sur la direction du flux de matière, la distribution de la densité, le maintien de la pression, le retrait et le temps de moulage. Les orifices d'alimentation directs et ceux de grande section (surtout les plus épais) présentent un retrait moindre mais une meilleure directivité, tandis que les orifices plus courts, de largeur et de longueur réduites, présentent une directivité moindre. Ceux situés près de l'entrée d'alimentation ou parallèles à la direction du flux de matière subiront un retrait plus important.
4) Conditions de moulage : La température du moule est élevée, le matériau fondu refroidit lentement, sa densité est importante et le retrait est conséquent. Ce retrait est particulièrement marqué pour les matériaux cristallins, en raison de leur forte cristallinité et des variations de volume importantes. La répartition de la température du moule influe également sur le refroidissement interne et externe ainsi que sur l’homogénéité de la densité de la pièce plastique, ce qui affecte directement l’amplitude et la direction du retrait de chaque pièce.
De plus, la pression et la durée de maintien ont un impact important sur le retrait : plus la pression est élevée et la durée longue, plus le retrait est faible mais sa directionnalité est marquée. À pression d'injection élevée, la différence de viscosité du polymère fondu est faible, la contrainte de cisaillement intercouche est faible et le rebond élastique après démoulage est important, ce qui permet de réduire le retrait de manière appropriée. À température élevée, le retrait est important mais sa directionnalité est faible. Par conséquent, l'ajustement de la température du moule, de la pression, de la vitesse d'injection et du temps de refroidissement pendant le moulage permet également de modifier le retrait de la pièce en plastique.
Lors de la conception du moule, en fonction de la plage de retrait des différents plastiques, de l'épaisseur et de la forme de la paroi de la pièce en plastique, de la taille et de la distribution de la forme d'entrée, le taux de retrait de chaque partie de la pièce en plastique est déterminé selon l'expérience, puis la taille de la cavité est calculée.
Pour les pièces en plastique de haute précision et lorsqu'il est difficile d'appréhender le taux de retrait, les méthodes suivantes doivent généralement être utilisées pour concevoir le moule :
Prévoyez un taux de retrait plus faible pour le diamètre extérieur de la pièce en plastique et un taux de retrait plus élevé pour le diamètre intérieur, afin de laisser une marge de correction après le moule d'essai.
Les moules d'essai déterminent la forme, la taille et les conditions de moulage du système d'alimentation.
Les pièces en plastique à post-traiter sont soumises à un post-traitement afin de déterminer le changement de taille (la mesure doit être effectuée 24 heures après le démoulage).
Corriger le moule en fonction du retrait réel.
Réessayez le moule et modifiez en conséquence les conditions de traitement afin de modifier légèrement la valeur de retrait et de répondre aux exigences de la pièce en plastique.
02
fluidité
1) La fluidité des thermoplastiques peut généralement être analysée à partir d'une série d'indices tels que le poids moléculaire, l'indice de fusion, la longueur d'écoulement en spirale d'Archimède, la viscosité apparente et le rapport d'écoulement (longueur du processus/épaisseur de la paroi de la pièce en plastique).
Faible masse moléculaire, large distribution des masses moléculaires, faible régularité de la structure moléculaire, indice de fusion élevé, longue longueur d'écoulement en spirale, faible viscosité apparente, rapport d'écoulement élevé, bonne fluidité ; les plastiques portant le même nom de produit doivent consulter leurs instructions pour déterminer si leur fluidité est applicable au moulage par injection.
Selon les exigences de conception des moules, la fluidité des plastiques couramment utilisés peut être globalement divisée en trois catégories :
Bonne fluidité PA, PE, PS, PP, CA, poly(4) méthylpentène ;
Résine de la série polystyrène à fluidité moyenne (telle que l'ABS, l'AS), PMMA, POM, éther de polyphénylène ;
Faible fluidité PC, PVC rigide, éther de polyphénylène, polysulfone, polyarylsulfone, fluoroplastiques.
2) La fluidité de divers plastiques varie également en fonction de différents facteurs de moulage. Les principaux facteurs influents sont les suivants :
① Une température plus élevée du matériau augmente sa fluidité, mais celle-ci varie selon les plastiques. Par exemple, la fluidité du PS (surtout celui à haute résistance aux chocs et à indice de fluidité élevé), du PP, du PA, du PMMA, du polystyrène modifié (comme l'ABS et l'AS), du PC, du CA et d'autres plastiques est fortement influencée par la température. En revanche, pour le PE et le POM, les variations de température ont peu d'effet sur leur fluidité. Il est donc nécessaire d'ajuster la température lors du moulage afin de contrôler leur fluidité.
② Lorsque la pression du moulage par injection augmente, le matériau fondu est soumis à un effet de cisaillement plus important et la fluidité augmente également, en particulier le PE et le POM étant plus sensibles, la pression d'injection doit donc être ajustée pour contrôler la fluidité pendant le moulage.
③ La forme, les dimensions, l'agencement, la conception du système de refroidissement de la structure du moule, la résistance à l'écoulement du matériau fondu (notamment l'état de surface, l'épaisseur des canaux, la forme de la cavité et le système d'évacuation des gaz) et d'autres facteurs influent directement sur la fluidité réelle du matériau fondu dans la cavité. Si la température du matériau fondu est abaissée et que sa résistance à l'écoulement augmente, sa fluidité diminue. Lors de la conception du moule, une structure adaptée à la fluidité du plastique utilisé doit être choisie.
Lors du moulage, la température du matériau, la température du moule, la pression d'injection, la vitesse d'injection et d'autres facteurs peuvent également être contrôlés afin d'ajuster correctement les conditions de remplissage pour répondre aux besoins du moulage.
03
Cristallinité
Les thermoplastiques peuvent être divisés en plastiques cristallins et en plastiques non cristallins (également appelés plastiques amorphes) selon leur absence de cristallisation lors de la condensation.
Le phénomène dit de cristallisation désigne le fait que, lors du passage d'un plastique de l'état fondu à l'état condensé, les molécules, initialement libres de se déplacer, se trouvent dans un état totalement désordonné. Elles cessent de se déplacer librement, se fixent légèrement et tendent à adopter un arrangement moléculaire régulier.
Le critère d'aspect permettant de distinguer ces deux types de plastiques repose sur la transparence des pièces à parois épaisses. Généralement, les matériaux cristallins sont opaques ou translucides (comme le POM, etc.), tandis que les matériaux amorphes sont transparents (comme le PMMA, etc.). Il existe cependant des exceptions. Par exemple, le poly(4)méthylpentène est un plastique cristallin mais très transparent, et l'ABS est un matériau amorphe mais opaque.
Lors de la conception des moules et du choix des machines de moulage par injection, tenez compte des exigences et précautions suivantes concernant les plastiques cristallins :
La chaleur nécessaire pour élever la température du matériau à la température de formage requiert une quantité importante de chaleur et un équipement doté d'une grande capacité de plastification.
Une grande quantité de chaleur est libérée lors du refroidissement et de la reconversion, il est donc impératif de refroidir suffisamment.
La différence de densité entre l'état fondu et l'état solide étant importante, le retrait au moulage est élevé, et des retombées et des pores sont susceptibles d'apparaître.
Refroidissement rapide, faible cristallinité, faible retrait et haute transparence. La cristallinité est liée à l'épaisseur de la paroi de la pièce plastique ; plus la paroi refroidit lentement, plus la cristallinité est élevée, plus le retrait est important et meilleures sont les propriétés physiques. Par conséquent, la température du moule pour les matériaux cristallins doit être contrôlée avec précision.
L'anisotropie est importante et les contraintes internes sont élevées. Les molécules qui ne cristallisent pas après démoulage ont tendance à poursuivre leur cristallisation, se trouvent dans un état de déséquilibre énergétique et sont sujettes à la déformation et au gauchissement.
La plage de températures de cristallisation est étroite, et il est facile d'injecter du matériau non fondu dans le moule ou de bloquer l'orifice d'alimentation.
04
Plastiques thermosensibles et plastiques facilement hydrolysables
1) La thermosensibilité signifie que certains plastiques sont plus sensibles à la chaleur. Ils peuvent être chauffés longtemps à haute température ou si la section d'alimentation est trop petite. Lorsque l'effet de cisaillement est important, la température du matériau augmente facilement, ce qui peut entraîner une décoloration, une dégradation et une décomposition. Ce type de plastique est qualifié de thermosensible.
Des plastiques thermosensibles comme le PVC rigide, le polychlorure de vinylidène, le copolymère d'acétate de vinyle, le POM, le polychlorotrifluoroéthylène, etc., produisent des monomères, des gaz, des solides et d'autres sous-produits lors de leur décomposition. Certains gaz de décomposition, en particulier, peuvent avoir des effets irritants, corrosifs ou toxiques sur le corps humain, les équipements et les moules.
Il convient donc d'accorder une attention particulière à la conception du moule, au choix de la presse à injecter et au moulage. Une presse à injecter à vis est recommandée. La section du système de coulée doit être importante. Le moule et le cylindre doivent être chromés. Un stabilisant doit être ajouté afin d'atténuer la sensibilité thermique.
2) Même si certains plastiques (comme le PC) contiennent une petite quantité d'eau, ils se décomposent sous l'effet de la température et de la pression élevées. Cette propriété, appelée hydrolyse facile, nécessite un chauffage et un séchage préalables.
05
Fissuration sous contrainte et rupture par fusion
1) Certains plastiques sont sensibles aux contraintes. Ils sont sujets aux contraintes internes lors du moulage et sont cassants et se fissurent facilement. Les pièces en plastique se fissurent sous l'effet d'une force extérieure ou d'un solvant.
C’est pourquoi, outre l’ajout d’additifs aux matières premières pour améliorer la résistance à la fissuration, il convient de veiller à leur séchage et de choisir judicieusement les conditions de moulage afin de réduire les contraintes internes et d’accroître la résistance à la fissuration. Il est également important de choisir une forme appropriée pour les pièces en plastique et d’éviter l’utilisation d’inserts ou d’autres mesures visant à minimiser la concentration des contraintes.
Lors de la conception du moule, l'angle de démoulage doit être augmenté et un système d'alimentation et d'éjection adapté doit être choisi. La température du matériau, la température du moule, la pression d'injection et le temps de refroidissement doivent être ajustés avec précision pendant le moulage. Il convient d'éviter le démoulage lorsque la pièce plastique est trop froide et cassante. Après moulage, les pièces plastiques doivent subir un post-traitement afin d'améliorer leur résistance à la fissuration, d'éliminer les contraintes internes et d'empêcher tout contact avec des solvants.
2) Lorsqu'un polymère fondu, présentant un indice de fluidité donné, traverse l'orifice de la buse à température constante et que son débit dépasse une certaine valeur, des fissures latérales importantes apparaissent à sa surface ; on parle alors de rupture par fusion, ce qui altère l'aspect et les propriétés physiques de la pièce plastique. Par conséquent, lors du choix de polymères à indice de fluidité élevé, il convient d'augmenter la section de la buse, du canal d'alimentation et de l'orifice d'injection afin de réduire la vitesse d'injection et d'accroître la température du matériau.
06
Performances thermiques et vitesse de refroidissement
1) Les plastiques présentent des propriétés thermiques différentes, telles que la chaleur spécifique, la conductivité thermique et la température de déformation à chaud. La plastification d'un plastique à chaleur spécifique élevée nécessite une grande quantité de chaleur et l'utilisation d'une presse à injecter de grande capacité. Le temps de refroidissement de ce type de plastique peut être court, permettant un démoulage rapide. Toutefois, il convient d'éviter toute déformation due au refroidissement après démoulage.
Les plastiques à faible conductivité thermique refroidissent lentement (comme les polymères ioniques) et doivent donc être suffisamment refroidis pour optimiser le refroidissement du moule. Les moules à canaux chauds conviennent aux plastiques à faible chaleur spécifique et à conductivité thermique élevée. En revanche, les plastiques à forte chaleur spécifique, faible conductivité thermique, basse température de déformation thermique et à refroidissement lent ne se prêtent pas au moulage à grande vitesse. Il est alors indispensable de choisir des presses à injecter adaptées et d'optimiser le refroidissement du moule.
2) Différents types de plastiques nécessitent un refroidissement adapté à leurs caractéristiques et à la forme des pièces. Le moule doit donc être équipé de systèmes de chauffage et de refroidissement adaptés aux exigences de moulage afin de maintenir une température optimale. Lorsque la température du matériau augmente, le moule doit être refroidi pour éviter toute déformation de la pièce après démoulage, raccourcir le cycle de moulage et limiter la cristallinité.
Lorsque la chaleur résiduelle du plastique est insuffisante pour maintenir le moule à une température donnée, il convient de l'équiper d'un système de chauffage. Ce système permet de maintenir le moule à une température constante afin de contrôler la vitesse de refroidissement, d'assurer la fluidité du matériau, d'améliorer le remplissage et de garantir un refroidissement lent des pièces plastiques. Il prévient également les variations de température entre l'intérieur et l'extérieur des pièces à parois épaisses et favorise la cristallinité.
Pour les matériaux présentant une bonne fluidité, une grande surface de moulage et une température hétérogène, il est parfois nécessaire, selon les conditions de moulage des pièces plastiques, de procéder à un chauffage ou un refroidissement alterné, voire localisé. Le moule doit donc être équipé d'un système de chauffage ou de refroidissement adapté.
07
hygroscopicité
Du fait de la présence de divers additifs dans les plastiques, qui leur confèrent différents degrés d'affinité pour l'humidité, on peut les classer en deux grandes catégories : les plastiques absorbant l'humidité et ceux qui y adhèrent, et les plastiques non absorbants et antiadhésifs. La teneur en eau du matériau doit être maintenue dans une plage admissible. Dans le cas contraire, l'humidité se vaporise ou s'hydrolyse sous l'effet de la température et de la pression élevées, ce qui provoque le moussage de la résine, une diminution de sa fluidité et une dégradation de son aspect et de ses propriétés mécaniques.
Par conséquent, les plastiques hygroscopiques doivent être préchauffés selon des méthodes et spécifications de chauffage appropriées afin d'éviter la réabsorption d'humidité pendant leur utilisation.
Shanghai Rainbow Industrial Co., Ltd est le fabricant. Shanghai Rainbow Package propose des emballages cosmétiques clés en main. Si nos produits vous intéressent, n'hésitez pas à nous contacter.
Site web:www.rainbow-pkg.com
E-mail:Bobby@rainbow-pkg.com
WhatsApp : +008613818823743
Date de publication : 27 septembre 2021