Etude bibliographique

Matières plastiques
I/ GÉNÉRALITES SUR LES MATIERES PLASTIQUES

1-Introduction
Les matières plastiques font désormais partie de notre quotidien. Certains
polymères ont été découverts fortuitement. Une matière plastique ou en langage
courant un plastique est un mélange contenant une matière de base (un
polymère) qui est susceptible d'être moulé, façonné, en général à chaud et sous
pression, afin de conduire à un semi-produit ou à un objet.
Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux
polymères synthétiques ou artificiels.
On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés qui n'avaient
jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux
chocs.
Généralement, les polymères industriels ne sont pas utilisés à l'état « pur », mais
mélangés à des substances miscibles ou non dans la matrice polymère.

2- Les Plastiques
Le terme « plastique » décrit une grande variété de composés organiques
obtenus par synthèse chimique. Produites essentiellement à partir du pétrole, les
matières plastiques sont l’un des symboles du XXe siècle, La bakélite (1909) est
le plus ancien plastique entièrement synthétique.
Il existe également des plastiques naturels : poix, latex, bitume, brai, résines,
laques, ambre, écaille, corne, et des plastiques d’origine animale généralement
extraite du lait et utilisé dans la fabrication des produits médicales.
La matière plastique est composée principalement de polymères, qui a la
propriété de se mettre en forme facilement par moulage, extrusion, coulage
après un chauffage modéré (100- 300 °C).
La formulation d’un polymère est l’action de lui ajouter des additifs, en quantité
plus ou moins grande, pour de multiples raisons telles que :
* protéger le polymère lors de sa mise en œuvre (par exemple avec un
antioxydant),
*aider à sa mise en œuvre par modification des caractéristiques rhéologiques du
mélange à l’état visqueux (par exemple avec un plastifiant, ou un lubrifiant)
* conférer au produit fini certaines propriétés spécifiques (par exemple avec un
principe actif, un agent de conduction, etc.)
2.1-Les polymères
La matière plastique obéit aux lois de la chimie organique, les matières
plastiques sont toutes à base des dérivés du carbone, elles sont classées dans les
composés organiques

* les molécules : la matière est composée d'éléments de base appelés Molécules.

La molécule est définie comme étant la plus petite partie du corps, c'est-à-dire la
quantité minimale de matière présentant des propriétés physiques et chimiques
de ce corps.

* les atomes : Une molécule peut être décomposée en éléments plus petits
appelés Atomes. Cette décomposition entraîne un changement des propriétés.
L'atome est la plus petite partie d'un corps pur électriquement neutres.

*Les particules : L’atome peut lui-même être décomposé en particules

électriquement chargées ou neutres. Ces particules sont indivisibles.
- Le proton : particule élémentaire chargée positivement.
- Le neutron : particule élémentaire électriquement neutre.
- L'électron : particule élémentaire chargée négativement.
Les éléments atomiques ont une valeur qui rentre dans la composition des
diverses matières : H : Hydrogène, C : carbone, N : Azote, O : Oxygène, S =
Soufre, F : Fluor, Si : Silicium, CI :
Chlore).
*Les monomères sont les unités chimiques de base, ou molécules, des matières
Plastiques. Ils sont construits autour des atomes de carbone (C), et contiennent
des atomes d'hydrogène (H), d'oxygène (0), d'azote (N), chlore (Cl), soufre (S),
fluor
(F)...
* Les polymères : Sous l’action de la pression, de la chaleur et d’un catalyseur,
les molécules, ou monomères, se regroupent entre elles pour former de
Longues chaînes appelées polymères, ou macromolécules. Une macromolécule
peut contenir de plusieurs centaines à plusieurs millions de monomères

2.2- Origine de la matière plastique

La matière plastique utilisée par les industrielles sous plusieurs nuances et noms
elle est constituée principalement d’un polymère, un adjuvent et un additif.
Ces différents composés sont introduits dans le polymère de base pour améliorer
les propriétés mécanique, physiques, chimiques et thermique (résistance aux
chocs, résistance au courant électrique, résistance au vieillissement, résistance
aux hydrocarbures).
Les dosages des différents composants doivent être précis. L'action de la chaleur
assure la transformation vers la matière première définitive

3. Les familles des matières plastiques

3.1. Thermoplastiques.
C’est de loin la famille la plus utilisée : ils représentent près de 90 % des
applications des matières plastiques. Ils sont moins fragiles, plus faciles à
fabriquer (machine à injecter et cadences élevées) et permettent des formes plus
complexes que les thermodurcissables.
Ils existent sous forme rigide ou souple, compacte ou en faible épaisseur, sous
forme de feuille très mince (film…), de revêtement, expansé
Propriétés principales :

*Ils ramollissent et se déforment sous l’action de la chaleur. Ils peuvent, en

théorie, être refondus et remodelés un grand nombre de fois tout en conservant
leurs propriétés ; ils sont comparables à la cire ou à la paraffine.
* Insensibles à l’humidité, aux parasites, aux moisissures (sauf polyamides) ils
peuvent être fabriqués dans une gamme de couleurs très étendue.
Inconvénients :
-Fluage élevé ;
-coefficient de dilatation linéaire élevé,
-Entraînant un retrait important au moment du moulage ;
-combustible ;
-Sensible aux ultraviolets

3.2- Les thermodurcissables

Ils ne ramollissent pas et ne se déforment pas sous l’action de la chaleur. Une
fois créée il n’est plus possible de les remodeler par chauffage. Au moment de la
mise en œuvre, ils ramollissent dans un premier temps, puis durcissent de
manière irréversible sous l’action prolongée de la chaleur.
Propriétés principales.
Ils présentent une bonne tenue aux températures élevées (> 200°C), aux attaques
Chimiques, une meilleure résistance au fluage que les thermoplastiques
(conservent une meilleure stabilité dimensionnelle dans le temps), une bonne
rigidité pour un prix de matière première peu élevé et faible retrait au moulage.
Inconvénients :
-Mise en œuvre moins pratique et plus lente que les thermoplastiques
- pas démoulage par injection et cadences de fabrication assez faibles

3.3- Les élastomères

Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Un
élastomère au repos est constitué de longues chaînes moléculaires repliées sur
elles- mêmes. A température ordinaire, les macromolécules forment un réseau
déformable. Elles peuvent sous l’effet d’une force de traction extérieure se
déplier. Elles présentent alors un allongement considérable. Ce phénomène
appelé haute élasticité est réversible. Sitôt relâché, le produit reprend ses
dimensions primitives.

3.4-Schéma récapitulatif des matières de base et des principaux

intermédiaires :
4-Les types de polymères :
4.1-Les homopolymères :
Les homopolymères sont des polymères qui ne possèdent qu’une seule unité.
Nous citons comme exemple, le polyéthylène. Il existe, au sein des
homopolymères, différents types :
 Les homopolymères linéaires

 Les homopolymères
branchés
  Les homopolymères étoilés

4.2-Les copolymères :
Les copolymères sont des polymères qui possèdent plusieurs unités. Comme
pour les homopolymères, les copolymères peuvent se classer dans différentes
familles. On parle alors de modes de copolymère, Parmi les différents modes de
copolymères, nous trouvons :
 Le mode statistique

 
 Le mode alterné

 
 Le mode séquencé

 
 Le mode greffé

5-Les propriétés et comportement des matières plastiques :

Un polymère comme tout autre matériau, présente des performances et des

qualités qui le rendent très utilisé dans pratiquement tous les domaines. Ces
qualités permettent aux constructeurs de faire le choix du polymère à utiliser
dans une structure donnée.

5.1-Les propriétés mécaniques :

5.1.1- Résistance à la traction :
La résistance à la traction varie entre 10 et 80 MPA pour un plastique à l’état
compact entre 200 et 800 MPa pour un plastique renforcé courant.
5.1.2-Résistance à la compression :
On atteint des valeurs de 50 à 100% plus élevées que la résistance à la traction.
5.1.3-Elasticité :
La résistance élastique (module) de plastique voisine de 3000Mpa, ce que
situent ces matériaux entre les bois et les caoutchoucs. Certaines charges
peuvent amener quelques thermoplastiques à 160Gpa.
5.1.4-Allongement :
Voisin de 150% en générale, il peut atteindre 400 à 800% avant rupture pour
certains produits comme les fils ou les fibres synthétique

5.2-Les propriétés chimiques :

5.2.1-Sensibilité aux agents extérieurs :
Les matières plastiques offrent en général une bonne résistance aux produits
chimiques (acides, bases, solvants). L'eau peut les dégrader à la longue. Les
plastiques sont insensibles aux bactéries, champignons et parasites.
5.2.2-Toxicité :
Tous les plastiques n'ont pas le label alimentaire; il existe une législation assez
contraignante à ce sujet. Certains plastiques peuvent provoquer chez des sujets
sensibles certains troubles : allergies, inflammations, asthme, etc...
5.2.3-Humidité :
Certains plastiques absorbent naturellement de l'eau. D'une façon générale, le
taux d'humidité fait varier les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles
des plastiques.

5.3-Les propriétés thermique et physique :

5.3.1-Inflammabilité :
C'est le plus gros défaut reproché aux plastiques. Certains produits s'enflamment
effectivement très vite et dégagent des fumées toxiques, d'autres ne brûlent que
si la flamme est entretenue par une source extérieure et ne dégagent pas de gaz
toxiques
5.3.2-Résistance au feu :
Elle est déterminée par le temps pendant lequel un élément continue de jouer
son rôle avant de céder sous l'action des flammes. Les matériaux sont classés en
trois catégories :
5.3.3-Résistance thermique :
La chaleur fait perdre aux matières plastiques leurs caractéristiques mécaniques
jusqu'à les décomposer par contre, le froid leur fait perdre leur souplesse
5.3.4-Isolation thermique :
Ce sont des mousses de matières plastiques qui possèdent les plus bas
coefficients de transmission de chaleur.
5.3.5-Légèreté :
La densité de la plupart des matières plastiques est comprise entre 0,9 (plus léger
que l’eau) à 1,8 (plus lourde que l’eau). Le plus souvent 1 (aussi lourde que
l’eau)
5.3.6-Transparence :
Certains plastiques sont presque aussi transparents que le verre. Beaucoup sont
translucides (laissent passer la lumière, mais on ne peut voir à travers).
5.3.7-Esthétique :
Les couleurs sont variées. L’aspect lisse et fini du matériau donne un bel aspect
aux objets.
5.3.8-Entretien :
Ils sont d’un entretien facile. Ils ne nécessitent aucun traitement de surface
(peinture…). Ils résistent à la corrosion et certains attirent la poussière.
5.3.9-Malléabilité :
(Possibilité de leur donner une forme) La mise en œuvre des thermoplastiques
est aisée. Certains sont malléables à froid, d’autres le deviennent à une
température de 60°C.
6-Principales matières plastiques propriétés et utilisation :
II-PROCEDE DE PRODUCTION PAR INJECTION
THERMOPLASTIQUE
1-Introduction
Dans la fabrication des pièces mécaniques il existe plusieurs procédés d’usinage,
parmi ce procédé on a l’injection thermoplastique.
L’injection est aujourd’hui l’un des procédés les plus utilisés pour la mise en
forme des polymères avec l’extrusion et le soufflage (30% des polymères
transformés). Il est généralement utilisé pour la production de très grandes séries
pour l’automobile ou l’électroménager par exemple ou pour des séries plus
réduites en aéronautique.
Le procédé d’injection permet d’obtenir une productivité élevée avec une très
bonne reproductibilité des pièces.
De ce fait, le principe du procédé de moulage par injection consiste à injecter et
transformé une matière de polymères thermoplastiques, préalablement chauffée
est injectée dans un moule. Le polymère se solidifiant dans le moule créera un
solide épousant la forme et les dimensions de l’empreinte du moule.
L’objectif de ce chapitre est présenter le procédé d’injection des
thermoplastiques, et leur déroulement de cycle d’injection plus les
caractéristiques d’une presse et la construction de structure. Et la façon dont
nous de contrôle dans les paramètres de procèdes d’injection

2- Définition du procédé :
Le procédé d’injection est un procédé de mise en forme des thermoplastiques
par moulage permettant la production de pièces minces jusqu’à quelques
millimètres d’épaisseur. Ce procédé est très répandu pour les productions de
grandes séries comme l’automobile, l’électroménager ou l’électricité
3. Principe du procède :
L’injection permet de fabriquer des pièces de géométrie complexe en grande
série, suivant un principe simple de fonctionnement. En effet, le polymère
thermoplastique est chauffé afin de lui donner de cohésion d’un liquide
visqueux. Ce liquide est ensuite injecté dans un moule, réalisé en plusieurs
parties. Le polymère se refroidit jusqu’à l’état solide à la suite de quoi la pièce
est extraite après ouverture de l’outillage. Une nouvelle injection est réalisée
quand l’outillage est à nouveau fermé

4- Déroulement du cycle d’injection :

La presse d’injection constituée à deux parties important dans le cycle
d’injection :
Partie de vis d’injection est leur comportement
Partie de moule
Presse d’injection

Déroulement du cycle d’injection

5-Les différentes parties ou unités d’une presse

5.1-Unité d’injection
Cette partie de la presse, comporte le groupe injecteur, et c’est là, que se produit
la plastification, qui se résume dans, le dosage, injection/purge.
Le dispositif vis-piston remplit les deux fonctions de plastification et d’injection
en un seul mécanisme.
 Phase de plastification :
La vis tourne pour faire fondre et homogénéiser les granulés qui viennent de la
Trémie.Elle achemine la matière plastique faire l’avant de la vis par
intermédiaire du clapet pour la stocker.
A fur et à mesure que l’on stocke la matière, la vis recule.
 Phase d’injection :
La vis avance, le clapet se plaque sur son siège. La matière ne peut plus refluer
Vers l’arrière. La matière est injectée dans le moule.

5.2-Unité de fermeture
Ce système assure les fonctions, fermeture, verrouillage, ouverture et démoulage. Le
dispositif de manœuvre des plateaux porte-moule doit assurer l’ouverture, la fermeture et le
verrouillage du moule avec une force suffisante pour s’opposer à l’ouverture du moule
pendant l’injection. Ce groupe comprend deux plateaux : l’un est mobile, l’autre est fixe. La
force de fermeture est la force nécessaire pour maintenir les deux parties du moule fermées
pendant son remplissage sous haute pression. Ces fonctions importantes peuvent être assurées
de différentes manières soit mécanique, hydraulique ou mixte.

5.3-Le moule
La matière plastifiée par une vis dans un cylindre chauffé est injectée sous pression
dans un moule, au contact du métal froid, elle se solidifie et conserve les formes de
l’empreinte, le moule joue un rôle essentiel dans l’injection, c’est lui qui assure la mise en
forme de la matière, la partie fixe du moule comporte, une plaque porte empreinte femelle,
quatre colonnes de guidage, une plaque semelle, une buse d’injection, et une bague de
centrage, quant à la partie mobile, elle comporte, une plaque porte empreinte male, des bagues
de guidage des colonnes, des tasseaux, une batterie d’éjection composée de deux plaque et
d’éjecteurs cylindrique, et enfin, une plaque semelle.
5.4-Les Phases De Cycle
a- Remplissage :
 Le moule est fermé.
 La vis avance rapidement en jouant le rôle du piston.
 Transfert de la matière dans le moule.
 Formation d’une gaine solide au contact des parois du moule

b- Maintien/compactage :
 Le moule est ferme.
 L’empreinte est remplie.
 La vis avance lentement en en jouant le rôle de piston.
 Transfert de matière dans le moule pour compenser les pertes de volume
spécifique.
c- Refroidissement :
 Le moule est ferme.
 Les seuils sont gelés.
 L’unité de plastification recule.
 Mise en rotation de la vis.
 Accumulation de matière à l’état pâteux en tête de vis (dosage).
 Echanges thermiques

d- Ouverture du moule :
 La pièce atteint la température d’éjection.
 Le moule s’ouvre.
 Les tiroirs se déplacent.
 Le système d’éjection avance.
 La pièce est évacuée du moule.
 Fermeture du moule.

6-Etude de la Presse à injection :

La presse d’injection est une machine qui permet d’obtenir des pièces en
plastique injecté sous pression dans un moule (monté sur la presse). L’injection
du plastique se fait généralement à haute pression et à température supérieure à
la température de transition vitreuse. A cet état la matière n’est plus solide mais
n’est pas aussi liquide. Elle est à l’état visqueux entre les deux états liquide et
solide. La matière peut être injectée dans le moule et la matière plastique prend
la forme de l’empreinte du moule. Après refroidissement, la pièce est éjectée du
moule. Le refroidissement se fait par circulation d’eau froide dans le circuit de
refroidissement du moule

6.1-Description d’une presse a injection :

Une presse à injecter, ou machine d’injection moulage, est constituée de deux
unités principales : l’unité d’injection, ou de plastification, et l’unité de moulage
(moule et système de fermeture). Le plus souvent, les différences notables entre
les types de machines concernent l’unité de plastification. Notons qu’il existe
des presses verticales bien que les presses horizontales soient les plus
fréquentes. Parmi ce type de machines, deux grands groupes se distinguent : les
presses hydrauliques et les presses électriques. Elles présentent chacune des
particularités plus ou moins intéressantes et adaptées à certaines fabrications.
6.2-Différentes presses d’injection
Il existe plusieurs presses d’injection plastique, mais on distingue deux
configurations
6.2.1-Presse horizontale
La machine de moulage par injection horizontale est le type le plus courant. Sa
partie de serrage de moule d’injection se trouve à la même position horizontale
au centre de la ligne et son moule s’ouvre horizontalement. Ses caractéristiques
sont : un petit corps, facile à utiliser et réparer. Son barycentre est bas, son
installation stable. Suite à la confection du produit, on peut utiliser la force
gravitationnelle pour le faire descendre automatiquement, ainsi l’éjection
immédiate de la pièce. Opération entièrement automatisée facilement réalisable.
Ses défauts sont :
 L’installation de moule est plutôt difficile,
 L’insertion de pièce peut inclinée où faire tomber le moule,
 La surface d’occupation de sol est plutôt grande.
A présent, de nombreuses machines de moulage par injection sur le marché
utilisent cette forme.

Principales caractéristiques :
 Bien que ce soit une machine de grande envergure, comme sont corps est bas, aucune
limite de hauteur n’est impliquée pour son installation dans l’usine.
 Comme le produit descend automatiquement, il n’est pas nécessaire d’utiliser de robot
industriel, pour réaliser un façonnage automatique.
 Comme le corps est bas, l’alimentation en matériaux est pratique, l’inspection et la
réparation sont faciles.
 Le moule doit être installé grâce à un chariot-grue.
 Si plusieurs machines sont en parallèle ou en série, les produit peuvent être facilement
récoltés par un convoyeur à bande pour l’emballage.
 Les cadences de travail sont très élevées.
6.2.2-Presse verticale
Elle a un encombrement au sol limité mais la hauteur peut devenir gênante et la
Stabilité laisse à désirer. La mise en place du moule est malaisée, le chargement
de la trémie peu commode et les organes supérieurs sont peu accessibles. Les
cadences élevées ne sont guère possibles, l’automatisation est plus difficile car
les pièces ne tombent plus d’elles-mêmes.
Pratiquement ce type de machine garde son intérêt dans les fabrications de
pièces avec insertions, car le moule est très accessible et les prisonniers tiennent
souvent en place par gravité. Les surmoulages sont également faciles ainsi que
la fabrication de certaines pièces de précision

7-Conclusion
Les procédés de mise en œuvre des matières plastiques cités précédemment, nous
permettent l’obtention des produits finis ou semis finis avec une cadence journalière
importante. De plus, pour changer la forme d’un produit il suffit de changer le moule, ce qui
permet aux domaines qui utilisent cette matière d’évoluer leurs produits avec des nouvelles
formes et des designs attirants
Conception et choix du moule
1-Introduction
La conception du moule influe de manière décisive sur la qualité et l’économie de la pièce
Injectée. L’aspect de la pièce, sa résistance mécanique, sa ténacité, ses cotes, sa forme et son
coût dépendent de la qualité du moule.
2 -Définition d’un moule d’injection
Le moule est l’outil utilisé en injection des matières plastiques, qui remplit plusieurs
fonctions et il a pour but de donner à la matière une forme finale nommée pièce. Un moule est
constitué principalement de composants illustrés par les figures suivantes

3- Les différents moules d’injection plastique

Un moule doit généralement remplir des fonctions, de moulage, éjection, guidage et
refroidissements, plusieurs familles de moules trouvent leurs justifications en fonction du :
- Le nombre d’empreintes (1, 2, 4, 8, 16, 32 ...).
- Son architecture : nombre de plaques, tiroirs, coquilles
- Le système d'alimentation : carotte perdue, canaux chauffants
- Le type d'alimentation des empreintes : pin point, en masse, en parapluie, sous-marine, en
- ligne, en "n" points
- L'éjection des pièces (par éjecteur, bloc d’éjection ou autres)
- La régulation de la température
- La durée de vie (choix des matériaux)

Parmi les modèles les plus utilisés, on cite :

3.1 Moule à deux plaques
Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à deux plaques, par les schémas
associés.

3.2 Moule à trois plaques

Le tableau suivant illustre le fonctionnement d’un moule à trois plaques, également on
rencontre dans l’industrie des moules à plusieurs plaques utilisant le même principe, la
chronologie des ouvertures, se fait les priorités définis par le concepteur, principalement on a
un plan de joint carottes et un plan de joint pièce.
3.3 Moule à tiroir
Les moules à tiroir et à les moules à coins forment des solutions particulières pour permettre
d’injecter des pièces présentant des contre dépouilles, leur fonctionnement est présenté par le
tableau suivant

3.4- Moule à coquilles

Ce moule permet de réaliser les contre dépouilles extérieures, mais il est toujours demandé
de prendre soins de la fermeture du moule et surveiller la fermeture de la machine.

4 -Fonction d’un moule d’injection plastique

Chaque moule, quel que soit son type, se compose ou fait appel à un certain nombre de
sous-ensemble fonctionnel pour remplir les fonctions suivantes :
4.1- Fonction alimentation
La fonction alimentation a pour but de transférer la matière plastifiée du fourreau de la presse
vers l'empreinte du moule. Les points d’alimentation (points d’injection) sont reliés à un ou
plusieurs canaux d’alimentation communs, aboutissant à leur tour au canal central d’injection
dans
lequel la matière, une fois solidifiée, prend le nom de « carotte ». Et la matière parcourra le
Chemin suivant :
 La buse d'injection.
 Le reçu de la buse du moule.
 Les canaux d'alimentations.
 Les points d'injection.
 Les formes de la pièce.
4.2- Fonction mise en forme
La forme de la pièce est creusée dans les éléments appelés bloc empreinte fixe
et bloc empreinte mobile. Elle se sépare au niveau du plan de joint.

4.3 Fonction éjection

Pour démouler les pièces plastiques, il faut souvent faire des mouvements plus ou moins
complexes puis l’éjecter pour sortir la pièce de l’outillage

4.4 Fonction régulation thermique

La matière entre en fusion dans les parties moulantes. Il faut donc la refroidir pour qu'elle se
solidifie. C'est souvent le refroidissement qui est le temps le plus important dans un cycle de
moulage.

4.5 Fonction guidage / positionnement

Le moule étant composé de plusieurs parties séparées par le plan de joint, à la fermeture du
moule celui-ci doit être guidé et recentrer pour que les parties moulantes de la pièce soit en
correspondance entre les différentes parties du moule.
4.6 Fonctions manutention, stockage, sécurité et liaison machine
Ces fonctions assurent la relation correcte entre la presse et les différents périphériques ainsi
que le stockage et la manutention des moules.
5 -Alimentation du moule
L’injection de la matière plastique, à l’état visqueux, vers l’empreinte est assurée à partir de
la buse du moule par un réseau de canaux.
Pour économiser la matière et faciliter son écoulement, on applique la formule suivante pour
la détermination de la section des canaux d’alimentation

Avec :
S = Section du moule (m²)
K = Viscosité de la matière (m/kg)
M = Masse de la pièce (kg)
L = Longueur du canal