État de développement et progrès de la recherche sur la technologie de traitement du moulage du plastique

La technologie de moulage du plastique connaît une profonde transformation, passant des procédés traditionnels à des procédés intelligents, écologiques et de haute précision. L'analyse suivante est menée selon trois axes : l'état de la technologie, les avancées technologiques et les principaux défis.

1. État actuel du développement technologique

1. Optimisation continue de la technologie de moulage traditionnelle

Moulage par injection : représentant plus de 35 % du volume de transformation des plastiques, les équipements évoluent vers une vitesse et une précision élevées. Par exemple, la presse à injecter intelligente Yizhimi UN160A6 optimise dynamiquement les paramètres de processus grâce au système MES, avec un taux de qualification des produits supérieur à 99 %. La technologie de moulage par injection assistée par gaz (comme pour le moulage des pare-chocs BMW) permet de réduire la force de verrouillage du moule de 40 % et la consommation de matière de 15 à 20 %.

Moulage par extrusion : La technologie d'extrusion par réaction permet l'intégration de la polymérisation et du moulage, comme le montre la ligne de production par extrusion continue de nylon 6 de DuPont, qui augmente la capacité de production de 30 %. L'extrusion de précision permet de contrôler la tolérance du diamètre du tube à ± 0,05 mm près grâce à un contrôle en boucle fermée.

Moulage par soufflage : la technologie de moulage par extrusion-soufflage à pression négative tridimensionnelle (telle que l'extrusion double couche Culus) peut produire des conteneurs structurés complexes, et le moulage par soufflage par étirage rend les bouteilles en PET résistantes à une pression interne jusqu'à 3,5 MPa.

2. Pénétration complète de la fabrication intelligente

Interconnexion des appareils : les capteurs IoT collectent plus de 300 paramètres en temps réel, réduisant ainsi les temps de réponse anormaux de plusieurs heures à 90 secondes. Par exemple, une chaîne de production de pièces automobiles assure la collaboration entre les presses à injecter, les bras robotisés et les équipements de contrôle qualité grâce aux réseaux 5G, réduisant ainsi la consommation d'énergie de 15 %.

Piloté par l'IA : les modèles d'apprentissage automatique prédisent les paramètres d'injection optimaux, réduisant ainsi le nombre de moules d'essai de 60 % ; l'algorithme visuel reconnaît les lignes de soudure de 0,02 mm avec une précision de 99,7 %. Le système de processus intelligent Yizhimi a été utilisé dans des entreprises telles que Midea et Hisense, avec une augmentation de 40 % de l'efficacité du débogage des processus.

Jumeau numérique : Optimisation de la planification d'une ligne de production virtuelle, réduisant le temps de changement de moule de 23 %. Une entreprise d'électroménager a amélioré la stabilité de ses produits de 50 % en compensant dynamiquement les variations de température et d'humidité ambiantes.

3. Percée dans la technologie de fabrication verte

Transformation des plastiques biosourcés : les bioplastiques BH préparés par co-assemblage de biomasse à micro-échelle (comme la fibre de coton et la coque de pollen) présentent une résistance à la traction de 52,22 MPa, peuvent être traités à l'eau et se dégradent complètement en 6 mois. Cependant, le problème de mauvaise plastification (par exemple, la présence de particules non fondues en raison d'un mauvais contrôle de la température) doit encore être résolu par l'optimisation des vis (par exemple, l'ajout de sections de mélange).

Recyclage : La technologie de traitement par micro-ondes permet la dépolymérisation et la régénération des déchets plastiques. La résine d'impression 3D photopolymérisable développée par l'Université du Zhejiang est recyclable à l'infini et conserve ses performances mécaniques après recyclage plus de 90 %. Cependant, le coût du tri du plastique après consommation est élevé : seulement 12 % des déchets sont actuellement recyclés efficacement.

2、 Progrès de la recherche exploratoire

1. Technologie de traitement à grande échelle

Formage ultra-mince : La technologie d'étirement intermittent en plusieurs étapes (SAMIS) développée par l'équipe de Fu Qiang à l'Université du Sichuan réduit l'épaisseur du film de polyéthylène à 12 nanomètres (limite théorique), avec un rapport longueur/épaisseur de 10 ^ 7 et une résistance à la traction de 113,9 GPa/(g/cm³), qui est appliquée aux matériaux de support d'allumage de fusion nucléaire.

Mousse microporeuse : MuCell™. Ce procédé forme une structure microporeuse de 10 à 100 µm de diamètre en PC, réduisant le poids de 30 % tout en préservant la résistance aux chocs. Il a été utilisé à l'intérieur de la Tesla Model 3.

2. Innovation dans les nouveaux procédés de moulage

Transformation du plastique à l'eau : La technologie de séparation de phase médiée par l'eau développée par l'équipe de l'Université de Donghua permet la conversion réversible des plastiques entre un état d'hydratation faible (état vitreux, σ b=211,2MPa) et un état d'hydratation élevé (état pâteux, remodelé à température ambiante), dépassant ainsi les limitations de température du traitement traditionnel du plastique.

Impression 3D durcissable aux UV : l'équipe dirigée par Xie Tao de l'Université du Zhejiang a découvert la réaction photo-clic à base de thiol aldéhyde et a développé une résine recyclable durcissable aux UV avec une résistance à la traction allant jusqu'à 150 MPa, résolvant le problème des matériaux d'impression 3D traditionnels qui ne sont pas recyclables.

3. Formation de matériaux fonctionnels

Traitement COC de qualité optique : le copolymère de cyclooléfine (COC) est produit par moulage par injection de précision (température du moule contrôlée à ± 0,1 °C) pour produire des lentilles optiques présentant une transmittance de 91 % à 93 % et un flou < 0,1 %. Il remplace désormais certains verres pour les modules d'appareil photo des téléphones portables.

Matériau de réponse intelligent : le film polyimide thermochromique est formé par laminage, réduisant sa transmittance de 85 % à 15 % à 60 ℃, et est utilisé pour les fenêtres à économie d'énergie dans les bâtiments intelligents.

3、 Principaux défis et orientations futures

1. Principaux goulots d'étranglement techniques

Transformation des plastiques biosourcés : le PLA et d'autres matériaux doivent être traités à une température de 170 à 230 °C, ce qui est sujet à l'oxydation et à la dégradation, et nécessite l'ajout de 0,3 % à 0,5 % d'antioxydants (tels que l'IrgaNOx 1010). Les défauts du produit causés par une mauvaise plastification (comme une rugosité de surface de 7,94 µm) doivent encore être traités par une optimisation de la combinaison de vis (par exemple, l'ajout de segments barrières).

Micro-nano-formage : la précision de réplication des structures à l'échelle nanométrique (telles que les réseaux de 50 nm) est affectée par l'élasticité de la masse fondue, et le taux de cisaillement doit être contrôlé au-dessus de 10 ^ 4 s ^ -1 pour réduire la récupération élastique.

Économie circulaire : Faible efficacité du tri du plastique après consommation (coût du tri manuel 0,8 $/kg), nécessitant le développement d'un système de tri visuel par IA (précision de reconnaissance 98 %) et d'une technologie de recyclage chimique (comme la pureté de dépolymérisation du PET 99,9 %).

2. Tendances de développement futures

Intégration intelligente et profonde : l'edge computing donne aux équipements la capacité de prendre des décisions locales (comme un temps de réponse de maintenance prédictive < 1 seconde), et la technologie blockchain permet la traçabilité des matières premières et des produits finis tout au long de leur cycle de vie.

Percée dans les matériaux biosourcés : la technologie de co-assemblage hybride à micro-échelle (comme la cellulose + la lignine) peut être utilisée pour préparer des bioplastiques avec une résistance à la traction de 60 MPa, et la part de marché devrait atteindre 15 % d'ici 2030.

Applications environnementales extrêmes : la technologie de moulage par injection PEI (polyétherimide) capable de résister à des températures supérieures à 200 ℃ (température du moule de 180 ℃, pression de maintien de 120 MPa) sera étendue aux composants transparents dans l'aérospatiale.

4、 Analyse de cas typique

1. Usine de moulage par injection intelligente

La ligne de production numérique déployée par une certaine entreprise d'électroménager permet d'améliorer la qualité et l'efficacité grâce aux technologies suivantes :

Couche d'équipement : unité de production à grande vitesse avec couvercle d'eau connecté à 48 chambres (cycle de 2,7 secondes), capteur de pression intégré (précision ± 0,1 MPa) et inspection visuelle (résolution 0,01 mm).

Couche système : les modèles jumeaux numériques simulent différents schémas de planification de la production, réduisant le temps de changement de moule de 2 heures à 45 minutes et la consommation d'énergie de 15 %.

Couche d'application : l'algorithme d'IA analyse plus de 3 millions d'ensembles de données historiques, prédit les paramètres d'injection optimaux (tels que la fluctuation de la température de l'adhésif fondu ± 1 ℃) et réduit le taux de défauts de 3 % à 0,5 %.

2. Industrialisation des matériaux biosourcés

Bioplastique BH : Matériau obtenu par assemblage de fibres de coton (30 %) et de coques de pollen, avec une résistance à la traction de 52,22 MPa. Il peut être transformé et moulé dans l'eau à 25 °C, avec un taux de dégradation du sol de 100 % après 6 mois, mais son coût de production est 20 % supérieur à celui du PP.

Transformation de la vaisselle en PLA : il est nécessaire de contrôler la température du moule entre 50 et 70 °C et le temps de refroidissement entre 8 et 12 secondes pour réduire le gauchissement. Actuellement, seulement 12 % des produits en PLA dans le monde sont compostés industriellement.

5、 Résumé

La technologie de moulage plastique innove tout au long de la chaîne d'application des équipements de traitement des matériaux : la conception moléculaire (comme la liaison covalente dynamique), l'innovation des procédés (comme le moulage par couplage multi-champs), la modernisation des équipements (comme les presses à injection magnétorhéologique) et l'expansion des applications (comme les emballages électroniques flexibles) constituent les quatre principaux axes de percée technologique. Au cours de la prochaine décennie, grâce à l'intégration poussée de l'IA, des biotechnologies et des technologies de fabrication, la transformation du plastique libérera un potentiel accru dans des domaines tels que l'allègement, l'intégration fonctionnelle et la neutralité carbone. Parallèlement, il est nécessaire de surmonter les trois principaux obstacles que sont la stabilité du traitement des matériaux biosourcés, la précision de la réplication des micro/nanostructures et le coût de l'économie circulaire.