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Michel Biron Aide-mémoire Transformation des matières plastiques CHEZ LE MÊME É

Michel Biron Aide-mémoire Transformation des matières plastiques CHEZ LE MÊME ÉDITEUR Claude Bathias et coll., Matériaux composites, 2e édition Marc Carrega et coll., Matériaux polymères, 2e édition Marc Carrega, Aide-mémoire des matières plastiques, 2e édition Jean-François Pichon, Aide-mémoire d’injection des matières plastiques, 2e édition , © Dunod, Paris, 2010 ISBN 978-2-10-055301-3 III © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. TABLE DES MATIÈRES Avant-propos 1 A Créer un contexte favorable à la transformation 1 • Choix stratégiques 5 1.1 Principe général de la transformation 5 1.2 Quelques principes généraux de conception pour faciliter la transformation 10 1.3 Choisir les grades adéquats 15 1.4 Éléments comparatifs sur les principaux procédés 18 2 • Opérations en amont et aval 29 2.1 Préparer les résines 30 2.2 Optimiser l’état final des polymères : recuits, durcissement et réticulation 64 B Procédés de transformation 3 • Moulage par injection des thermoplastiques 75 3.1 Principe 75 3.2 Les systèmes d’injection 77 IV 3.3 Les moules et systèmes de fermeture 90 3.4 Les presses à injection 100 3.5 Aides à la conduite des presses 109 3.6 Procédés spéciaux d’injection 120 3.7 Presses hydrauliques, électriques ou hybrides ? 130 4 • Extrusion des thermoplastiques 133 4.1 Principe 133 4.2 Les vis pour extrudeuses monovis 136 4.3 Les dispositifs complémentaires des vis 138 4.4 Têtes, filières et poinçons 139 4.5 Les problèmes thermiques et rhéologiques 141 4.6 Exemples d’extrudeuses monovis 147 4.7 Les extrudeuses bivis 151 4.8 Coextrusion 155 4.9 Choix de l’extrudeuse 157 4.10 Les lignes d’extrusion 159 4.11 Exemples de constructeurs et distributeurs de matériel d’extrusion 176 4.12 Indications sur la conception et le coût des profilés 177 4.13 Systèmes d’aide à la conduite des extrudeuses et lignes d’extrusion 179 5 • Injection soufflage et extrusion soufflage des thermoplastiques 183 5.1 Principe du soufflage 184 5.2 Les divers types de souffleuses 185 5.3 Les thermoplastiques transformables par soufflage 190 5.4 Les lignes de soufflage 191 5.5 Le soufflage séquentiel 3D pour tubulures convolutées 193 5.6 Systèmes d’aide à la conduite des lignes de soufflage 193 5.7 Les applications du soufflage 196 5.8 Exemples de constructeurs et distributeurs de matériel 196 V © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. 6 • Autres procédés de première transformation des polymères solides 199 6.1 Moulage par compression 199 6.2 Moulage par compression-transfert 202 6.3 Les presses 205 6.4 Injection des thermodurcissables 212 6.5 Rotomoulage, slush moulding 215 6.6 Calandrage 218 7 • Transformation des composites 225 7.1 Moulage par compression 228 7.2 Moulage au contact 230 7.3 Méthodes par écoulement de résines liquides : coulée, RTM, RIM, infusion 234 7.4 Drapage 237 7.5 Stratification continue de plaques ou feuilles ondulées ou nervurées 238 7.6 Moulage par centrifugation 239 7.7 Enroulement filamentaire 240 7.8 Pultrusion 241 7.9 P u l l w i n d i n g , o v e r b r a i d i n g 243 7.10 Construction sandwich, panneaux sandwichs 244 7.11 Les préimprégnés thermoplastiques en feuilles ou thermoplastiques renforcés estampables 247 8 • Matériaux alvéolaires : mousses, expansés, allégés 251 8.1 Moulage des polystyrènes et polypropylènes expansibles : PSE ou EPS et EPP 252 8.2 Moussage des polyuréthanes 253 8.3 Alvéolaires et allégés par voie chimique à l’aide d’agents gonflants 254 8.4 Moussage par voie physique à l’aide de gaz occlus 255 VI 8.5 Création d’alvéoles par dissolution de sels minéraux : éponges cellulosiques 257 8.6 Mousses syntactiques 257 9 • Autres procédés : e-manufacturing, transformation des liquides 259 9.1 Prototypage rapide et e - m a n u f a c t u r i n g , ou fabrication directe 259 9.2 Poudrage 264 9.3 Injection de poudres métalliques et céramiques : IMM, MIM, CIM, PIM… 265 9.4 Transformation en phase liquide 266 10 • Procédés de seconde transformation et de finition 271 10.1 Thermoformage 271 10.2 Usinage 276 10.3 Assemblage 277 10.4 Chaudronnage, confection 285 10.5 Finition, décoration, impression, réticulation, protection… 286 10.6 Réparation 287 C Éléments prospectifs 11 • Tendances 291 11.1 Évolution du contexte général 292 11.2 Grands axes d’évolution des procédés de transformation 298 11.3 Dix exemples illustrant quelques-unes des nouvelles tendances 299 Abréviations des polymères 303 Bibliographie 307 Index alphabétique 309 1 © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. AVANT-PROPOS L’utilisation des matières plastiques se développe régulièrement à un rythme soutenu, supérieur à celui de l’industrie, en investissant de nombreux domaines jusqu’alors ﬁefs de matériaux traditionnels tels que les métaux, le verre, le bois, etc. Les acteurs de cette mutation viennent d’horizons très divers avec une vaste culture de l’ingénierie des matériaux métalliques mais, en général, peu habitués aux matériaux organiques macromoléculaires. Les propriétés physiques, mécaniques et chimiques spéciﬁques aux matières plas- tiques conduisent à des principes de conception et à des méthodes de mise en œuvre particulières. De plus, les matières plastiques recouvrent un vaste panel de matériaux, depuis des ﬁlms grand public ﬁns et souples mais relativement fragiles, jusqu’aux composites en ﬁbres de carbone soigneusement ordonnées dans des matrices à hautes performances pour produire des composites exceptionnellement résistants mais onéreux. Le but de cet aide-mémoire est de contribuer à l’information des non-spécia- listes, transformateurs, concepteurs et utilisateurs de pièces plastiques sur les immenses possibilités de la transformation des matières plastiques, étape primordiale pour la qualité et le coût des pièces. Les implications de la transformation sont à la fois techniques, économiques, commerciales et environnementales. La mise en œuvre ne peut donc pas être isolée du contexte général concernant les propriétés ﬁnales désirées, la rhéo- logie du grade choisi, la géométrie de la pièce, l’importance des séries à fabri- quer depuis l’unité jusqu’aux cadences élevées de l’électroménager ou de l’automobile. Le prix de revient et le délai de mise sur le marché dépendent également du procédé choisi et des machines disponibles. Après des rappels sur la nécessité de créer un contexte favorable à la transfor- mation en appliquant les principes généraux de conception destinés à faciliter Avant-propos 2 la transformation sont examinés des éléments comparatifs, techniques et économiques sur les principaux procédés aﬁn d’aider le lecteur à sélectionner les pistes potentiellement intéressantes pour son cas particulier. Le succès industriel de la transformation passe par une préparation soigneuse de la mise en œuvre et, éventuellement, par des opérations subséquentes optimisant les propriétés des pièces et produits ﬁnis. Le cœur de l’ouvrage dresse de façon synthétique un panel clair et complet des méthodes envisageables pour apporter avec concision des premiers éléments de réponse à l’étude et au choix des méthodes de production. Pour conclure sont examinées les grandes tendances qui régissent les orienta- tions actuelles et futures des méthodes de transformation pour tenir compte des contraintes économiques universelles et des contraintes environnemen- tales émergentes. Les principaux points concernent les économies d’énergie, la facilité d’utilisation et la ﬁabilité des procédés, la réduction des coûts, l’automatisation, l’intégration des étapes de production, la réduction des poids des pièces, la stratégie de traitement des déchets. L’évolution des procédés est continue avec de nouvelles méthodes totale- ment innovantes mais aussi avec l’adaptation de méthodes connues à des secteurs de fabrication qui semblaient réservés à des procédés bien établis et indéracinables. Cet ouvrage d’information et d’aide à la décision est destiné aux concep- teurs, utilisateurs et designers de pièces plastiques. Il s’adresse aux ingé- nieurs et techniciens ainsi qu’à un public intéressé par les possibilités des matières plastiques. A Créer un contexte favorable à la transformation 5 A CRÉER UN CONTEXTE FAVORABLE À LA TRANSFORMATION © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. 1 • CHOIX STRATÉGIQUES 1.1 Principe général de la transformation Le but de la transformation est, dans des conditions techniques, économi- ques et écologiques satisfaisantes, de : – donner la forme et l’aspect voulus au polymère pour obtenir la pièce ou le demi-produit à fabriquer ; – conserver formes et aspects jusqu’à la mise en service (et après) ; – amener les propriétés physiques, mécaniques, sensorielles au stade voulu. Les polymères de départ peuvent avoir : – des formes physiques très variées, depuis des liquides ﬂuides jusqu’à des solides de grandes dimensions ; – des états chimiques différents : monomères, oligomères, polymères ther- moplastiques ou thermodurcissables. Dans ce dernier cas le durcissement ou la réticulation constitue une étape supplémentaire intervenant obliga- toirement lorsque la mise en forme est effective. Certains polymères utilisés couramment à l’état thermoplastique peuvent être éventuellement réti- culés, comme le polyéthylène, ce qui améliore ses propriétés mécaniques et chimiques. D’autres familles de polymères telles que les polyuréthanes exis- tent sous des formes thermodurcissables, la plus courante dans ce cas, et sous la forme thermoplastique, TPU. Les procédés de transformation et les caractéristiques ﬁnales sont alors différents. La transformation peut également incorporer des matériaux étrangers : – autre matière plastique : co-moulage, surmoulage ; – inserts, feuilles de contrecollage ; – renforts et mousses pour les composites. 1 • Choix stratégiques 6 1.1 Principe général de la transformation Le procédé doit alors respecter des matériaux d’apport aussi divers que : – d’autres plastiques et élastomères ; – des métaux uploads/Ingenierie_Lourd/ aide-memoire-transformation-des-matieres-plastiques.pdf