Procédé de moulage par injection de bouteilles en plastique

Procédé de moulage par injection : la technologie de base du moulage thermoplastique

Le moulage par injection est une technologie de moulage efficace qui transforme les matériaux thermoplastiques en divers produits grâce à des moules. Fort de son automatisation poussée, de sa rapidité de production et de sa grande précision, il est devenu l'un des procédés les plus utilisés dans la transformation moderne du plastique. De la vaisselle et des coques de téléphone en plastique aux pièces automobiles de précision et aux dispositifs médicaux, la technologie du moulage par injection, grâce à sa grande adaptabilité et à sa flexibilité, soutient la fabrication de produits dans de nombreux secteurs et occupe une place incontournable dans la science des matériaux et la production industrielle.

1、 Principes du processus et éléments fondamentaux

Le principe fondamental du moulage par injection repose sur le processus cyclique de fusion-fusion-solidification : des particules de plastique solides sont chauffées et fondues pour former une masse fondue dynamique et fluide, injectée sous pression dans une cavité de moule fermée. Après refroidissement et solidification dans la cavité, la masse fondue forme un produit conforme à la forme de la cavité. Ce processus repose sur la synergie de trois éléments clés : les matières premières, l'équipement de moulage par injection et les moules.

Exigences relatives aux caractéristiques des matières premières

Le procédé de moulage par injection impose des exigences spécifiques en matière de performance des matières premières (thermoplastiques), ce qui affecte directement la qualité et l'efficacité du moulage. L'indice de fluidité (MFR) est un indicateur clé de la fluidité du plastique fondu. Un MFR excessif peut entraîner un retrait important et une instabilité dimensionnelle du produit. Un MFR trop faible peut entraîner une mauvaise fluidité et des problèmes tels qu'un manque de matière et un remplissage insuffisant. Il est nécessaire de choisir le plastique MFR adapté à la complexité du produit, par exemple en choisissant du PP et de l'ABS à haute fluidité pour les pièces de précision et du PC et du PA à haute résistance pour les pièces structurelles.

La stabilité thermique des plastiques est tout aussi importante. Ils doivent pouvoir supporter la température de chauffage du corps de chauffe (généralement entre 150 et 350 °C) sans se dégrader, sous peine de décoloration et de diminution des propriétés mécaniques du produit. Par conséquent, avant le traitement, il est nécessaire de vérifier la température de décomposition thermique du plastique. Par exemple, le PVC doit être additionné d'un stabilisant thermique pour éviter sa décomposition. De plus, le taux de retrait du plastique (proportion de retrait au refroidissement après moulage) doit être adapté à la conception du moule. Les taux de retrait varient considérablement selon les plastiques (par exemple, le taux de retrait du PE est compris entre 1,5 % et 3 %, celui du PC entre 0,5 % et 0,7 %), et le moule doit prévoir une marge de retrait pour garantir la précision dimensionnelle du produit.

Les plastiques moulés par injection courants comprennent les plastiques généraux (PP, PE, ABS, PS), les plastiques techniques (PC, PA, POM, PBT) et les plastiques spéciaux (PEEK, PI), qui conviennent à des scénarios avec différentes exigences de résistance, de résistance à la température et de résistance chimique.

Composition de l'équipement de moulage par injection

La presse à injecter est l'équipement central du processus de moulage par injection. Elle se compose de quatre parties : le système d'injection, le système de serrage du moule, le système de transmission hydraulique et le système de commande électrique. Le système d'injection, composé d'une trémie, d'un cylindre, d'une vis et d'une buse, assure la fusion et l'injection du plastique. La trémie stocke les particules de plastique qui tombent dans le cylindre par gravité. Un anneau chauffant enveloppe le cylindre pour chauffer le plastique jusqu'à l'état fondu. La vis assure le transport, le compactage et la plastification (mélange à l'état fondu) du plastique par rotation et mouvement axial. La matière fondue plastifiée est injectée dans le moule par une buse.

Le système de serrage du moule assure l'ouverture, la fermeture et le verrouillage du moule. Il est composé d'un gabarit fixe, d'un gabarit mobile, d'une tige de traction et d'un vérin de serrage. La force de serrage doit être adaptée à la pression d'injection et à la surface projetée du produit afin d'éviter que le moule ne s'ouvre par étirement et ne provoque des bavures lors de l'injection. La formule de calcul de la force de serrage est la suivante : force de serrage (kN) = surface projetée du produit (cm²) x pression d'injection (MPa) x facteur de sécurité (1,2-1,5).

Le système de transmission hydraulique assure l'injection et la fermeture du moule, contrôlant la vitesse et la pression de chaque composant. Le système de contrôle électrique (PLC + écran tactile) contrôle avec précision les paramètres du processus (température, pression, temps) pour une production automatisée. Les presses à injecter haut de gamme sont également équipées de servomoteurs, permettant une économie d'énergie de plus de 30 %.

Points clés de la conception des moules

Le moule est essentiel pour déterminer la forme et la qualité du produit. Il comprend une cavité, un noyau, un système de coulée, un système de refroidissement et un système d'éjection. Les surfaces extérieures et intérieures du produit, formées par la cavité et le noyau, sont principalement en acier moulé (tel que P20, 718H), qui doit être trempé et poli pour garantir un état de surface lisse et une résistance à l'usure.

Le système de coulée introduit la matière fondue de la buse dans la cavité du moule, comprenant le canal principal, le canal de dérivation et la carotte. Le canal principal relie la buse et le canal de dérivation, et une conicité (2°-5°) doit être conçue pour faciliter le démoulage. Le canal de dérivation répartit la matière fondue dans plusieurs cavités. La carotte est le canal final par lequel la matière fondue pénètre dans la cavité du moule. Sa petite taille (généralement de 0,5 à 2 mm) facilite la découpe de la matière fondue et la séparation du produit. Les types de carottes courants comprennent les carottes latérales, les carottes ponctuelles et les carottes cachées, qui doivent être sélectionnées en fonction de la forme du produit.

Le système de refroidissement évacue la chaleur de la masse fondue grâce à la circulation d'eau, accélérant ainsi la solidification du produit. Le canal d'eau de refroidissement doit être proche de la surface de la cavité du moule (15 à 25 mm) pour assurer un refroidissement uniforme. Le temps de refroidissement représente 50 à 70 % du cycle de moulage et affecte directement l'efficacité de la production. Le système d'éjection (broche d'éjection, plaque supérieure, tube d'éjection) expulse le produit du moule après refroidissement afin d'éviter toute déformation ou rayure.

2、 Déroulement du processus et paramètres clés

Le processus de moulage par injection est un cycle continu, et le contrôle des paramètres de chaque étape affecte directement la qualité du produit. Le processus complet comprend trois étapes : la préparation des matières premières, le moulage par injection et le post-traitement.

Étape de préparation des matières premières

Les matières premières doivent subir un prétraitement et un séchage : le prétraitement comprend le tamisage (élimination des impuretés) et le mélange (ajout de mélange-maître de couleur et d'additifs en proportion) pour assurer l'uniformité des matières premières ; le séchage est destiné aux plastiques hygroscopiques (tels que PA, PC, PBT), qui ont tendance à absorber l'humidité de l'air et peuvent produire des défauts tels que des bulles et des fils d'argent lors de la fusion. Il est nécessaire d'utiliser une machine de séchage (séchage à air chaud ou séchage par déshumidification) pour réduire la teneur en humidité à moins de 0,02 % -0,05 %. Les paramètres de séchage varient en fonction du plastique (par exemple, la température de séchage du PC est de 120 °C pendant 4 à 6 heures ; la température de séchage du PA6 est de 80 à 90 °C pendant 4 heures).

Étape de moulage par injection

C'est le cœur du procédé, qui comprend cinq étapes : plastification, injection, maintien sous pression, refroidissement, ouverture et éjection du moule. Plastification : La rotation de la vis transporte les particules de plastique vers l'avant et les fait fondre sous l'effet de la chaleur du fourreau et du cisaillement de la vis, formant ainsi une masse fondue uniforme. La qualité de la plastification dépend de la température du fourreau, de la vitesse de la vis et de la contre-pression (contre-pression pendant la rotation de la vis). Une contre-pression trop élevée prolongera le temps de plastification, tandis qu'une contre-pression trop faible entraînera une plastification inégale.

Injection : La vis avance rapidement pour injecter la matière fondue dans la cavité du moule à haute pression et à grande vitesse. La pression d'injection est généralement comprise entre 50 et 150 MPa et la vitesse entre 30 et 150 mm/s. Elle doit être ajustée en fonction de l'épaisseur et de la complexité du produit : les produits à parois minces nécessitent une pression et une vitesse élevées (pour réduire le refroidissement de la matière fondue), tandis que les produits à parois épaisses nécessitent une pression et une vitesse faibles (pour éviter les débordements).

Maintien de la pression : Une fois la matière fondue remplie dans la cavité du moule, la vis maintient une certaine pression pour réalimenter la cavité en matière, compensant ainsi le retrait dû au refroidissement de la matière fondue. Le maintien de la pression est généralement compris entre 60 % et 80 % de la pression d'injection, et le temps de maintien est déterminé en fonction de l'épaisseur du produit (les produits à parois épaisses nécessitent un temps de maintien plus long). Un maintien insuffisant peut entraîner des indentations et une réduction de la taille du produit.

Refroidissement : Une fois le maintien sous pression terminé, le système de refroidissement du moule abaisse la température du produit en dessous de la température de déformation thermique, lui permettant ainsi de se solidifier et de prendre forme. La formule de calcul du temps de refroidissement est la suivante : temps de refroidissement (s) = (épaisseur maximale de paroi du produit (mm)) ² × coefficient de matériau. Les coefficients de plasticité varient (par exemple, le coefficient PE est de 0,8 et le coefficient PC de 1,2).

Ouverture et éjection du moule : Une fois le refroidissement terminé, le système de fermeture du moule entraîne le gabarit mobile à reculer et à ouvrir le moule. Le système d'éjection éjecte le produit du moule à une vitesse lente et uniforme afin d'éviter toute déformation ou blanchiment.

Étape de post-traitement

Certains produits nécessitent un post-traitement pour améliorer les performances : élimination de l'excès de matière de la carotte et de la surface de séparation en éliminant les bavures ; Le traitement de recuit (comme le maintien des produits PC dans un four à 120 ℃ pendant 2 heures) élimine les contraintes internes et empêche la fissuration du produit ; Le traitement de surface (peinture par pulvérisation, galvanoplastie, sérigraphie) améliore l'apparence et la fonctionnalité ; Pour les produits de qualité alimentaire, un nettoyage et une désinfection sont nécessaires pour éliminer les taches d'huile et les impuretés.

3、 Contrôle de la qualité et problèmes courants

La qualité des produits moulés par injection doit être contrôlée sous trois aspects : l'apparence, la taille et les propriétés mécaniques. Les défauts courants doivent être corrigés par l'optimisation des paramètres en cours de production.

Indicateurs d'inspection de la qualité

Les exigences de qualité d'apparence comprennent l'absence de défauts tels que des bavures, des matériaux manquants, des bulles, des fils d'argent, des marques de retrait, des rayures, etc., qui peuvent être obtenus par une inspection visuelle ou visuelle automatisée (avec une précision de 0,01 mm) ; La précision dimensionnelle doit être conforme à la tolérance de dessin (par exemple ± 0,1 mm), et les dimensions clés doivent être mesurées à l'aide d'un instrument de mesure de coordonnées ou d'un pied à coulisse ; Les propriétés mécaniques (résistance à la traction, résistance aux chocs) doivent répondre aux exigences d'utilisation, et les normes de performance sont assurées par l'échantillonnage et les tests des matières premières et des produits finis.

Défauts courants et solutions

Français Les défauts de production sont souvent causés par des paramètres ou des problèmes de moule, et peuvent être ajustés en conséquence : les bavures (excès de matériau au bord du produit) doivent être augmentées ou diminuées en raison d'une force de serrage du moule insuffisante ou d'une pression d'injection élevée ; Matériau insuffisant (cavité non remplie) en raison d'une mauvaise fluidité de la matière fondue ou d'un volume d'injection insuffisant, il est nécessaire d'augmenter la température du cylindre de matériau, d'augmenter la pression d'injection ou d'augmenter le temps de maintien ; Les bulles doivent être séchées davantage ou la vitesse de la vis doit être réduite (pour réduire l'emprisonnement d'air) en raison d'un séchage insuffisant des matières premières ou de l'inclusion d'air dans la masse fondue ; Les marques de retrait (dépressions de surface) nécessitent d'augmenter la pression de maintien ou d'optimiser le canal d'eau de refroidissement en raison d'une pression insuffisante ou d'un refroidissement inégal ; La déformation par gauchissement est causée par une contrainte interne excessive, et il est nécessaire de réduire le gradient de température du moule ou d'ajuster la position de la porte pour assurer un écoulement uniforme de la masse fondue.

4、 Domaines d'application et tendances de développement

Le processus de moulage par injection, avec ses avantages de haute efficacité et de précision, est largement utilisé dans diverses industries et évolue vers l'intelligence et l'écologie avec le progrès technologique.

Principaux domaines d'application

Français L'industrie de l'emballage est le plus grand marché pour la technologie de moulage par injection, produisant des capsules de bouteilles, des conteneurs, des boîtes de retournement, etc. Par exemple, les capsules de bouteilles d'eau minérale utilisent le moulage par injection de PP pour assurer l'étanchéité par formage de filetage ; L'industrie automobile utilise le moulage par injection pour produire des pièces intérieures (tableau de bord, panneaux de porte), des pièces extérieures (pare-chocs) et des pièces fonctionnelles (connecteurs), et des plastiques techniques (alliage PC/ABS) pour remplacer les métaux pour l'allègement ; L'industrie de l'électroménager produit des coques (tiroirs de réfrigérateur, chambres à air de machine à laver) et des composants structurels (engrenages, supports), l'ABS devenant le matériau principal en raison de sa coloration facile et de sa résistance modérée ; L'industrie médicale utilise le moulage par injection de plastiques de qualité médicale (PC, PP) pour produire des seringues, des boîtiers de sets de perfusion et des composants de dispositifs médicaux, nécessitant des moules propres et des matières premières non toxiques ; L'industrie 3C produit des pièces de précision telles que des boîtiers de téléphones portables, des claviers, des connecteurs, etc., nécessitant une tolérance dimensionnelle de ± 0,02 mm et des machines et moules de moulage par injection de haute précision.

Tendances du développement technologique

L'intelligence est au cœur de nos préoccupations. Les presses à injecter sont équipées de capteurs (pression, température, déplacement) et d'algorithmes d'IA pour surveiller l'état de fusion et la qualité du produit en temps réel. Grâce à un contrôle adaptatif, les paramètres sont automatiquement ajustés pour réduire les interventions manuelles et le taux de rebut est ramené à moins de 0,5 %. L'Internet industriel permet la mise en réseau des équipements, la surveillance à distance des données de production et de la consommation d'énergie, et améliore l'efficacité de la gestion.

L'écologisation se concentre sur la conservation de l'énergie, la réduction de la consommation et l'utilisation circulaire, avec un taux de pénétration des machines de moulage par injection à servomoteur de plus de 80 % et une réduction de 30 % de la consommation d'énergie ; La technologie de moulage par injection pour les plastiques recyclés est mature et, grâce au nettoyage et à la modification, le PP et l'ABS recyclés peuvent être utilisés pour les produits sans contact alimentaire ; L'application du moulage par injection de plastiques biosourcés (PLA, PBAT) se développe, réduisant la dépendance aux ressources fossiles.

Percée dans la précision et la technologie de moulage spéciale, le moulage par micro-injection peut produire des micro-produits pesant moins de 0,1 g (tels que des micro-pièces médicales) avec une précision de ± 0,001 mm ; le moulage par injection assisté par gaz utilise l'injection d'azote pour rendre les produits à parois épaisses creux, réduisant ainsi les marques de retrait et le poids ; Moulage par injection bicolore/multicolore pour le moulage unique de produits multi-matériaux ou multicolores, améliorant l'intégration de l'apparence et de la fonctionnalité.

Technologie fondamentale de la transformation des matières plastiques, le moulage par injection reflète l'innovation collaborative des matériaux, des équipements et des moules tout au long de son développement. Des produits de première nécessité aux pièces industrielles haut de gamme, la technologie du moulage par injection soutient le développement de l'industrie manufacturière moderne grâce à ses caractéristiques d'efficacité et de flexibilité. Avec l'essor des technologies intelligentes et vertes, le moulage par injection jouera un rôle accru dans la production de précision et la préservation des ressources, favorisant ainsi l'évolution de l'industrie manufacturière vers la haute qualité.