1. La génération de contraintes internes Dans les produits moulés par injection, l'état de contrainte varie localement et le degré de déformation du produit dépend de la distribution des contraintes. Ces contraintes peuvent apparaître lorsque le produit présente un gradient de température pendant son refroidissement, et sont donc appelées "contraintes de formation". Il existe deux types de [...]
Dans les produits moulés par injection, l'état de contrainte varie localement et le degré de déformation du produit dépend de la distribution des contraintes. Ces contraintes peuvent se produire lorsque le produit présente un gradient de température pendant son refroidissement, et sont donc appelées "contraintes de formage".
Il existe deux types de contraintes internes dans les produits moulés par injection : les contraintes de moulage et les contraintes de température.
Lorsque la matière plastique fondue est injectée dans un moule à plus basse température, la matière plastique proche de la paroi de la cavité se solidifie rapidement, provoquant le "gel" des chaînes moléculaires. Il en résulte une mauvaise conductivité thermique et un important gradient de température dans l'épaisseur du produit. Le cœur du produit se solidifie plus lentement, ce qui conduit à une situation où la porte est fermée avant que la matière fondue ne se soit solidifiée au centre du produit. Cela empêche la machine de moulage par injection de compenser le retrait dû au refroidissement.
Par conséquent, l'intérieur du produit est soumis à un étirement statique, tandis que la couche superficielle est soumise à une compression statique. Le rétrécissement interne du produit est opposé à celui de la couche de peau dure.
Au cours du processus de remplissage, la contrainte n'est pas seulement causée par l'effet de rétrécissement du volume, mais aussi par l'effet d'expansion de la glissière et de la sortie de l'obturateur. La contrainte causée par l'effet de retrait volumétrique est liée à la direction d'écoulement du plastique fondu, tandis que la contrainte causée par l'effet d'expansion est perpendiculaire à la direction d'écoulement, en raison de l'expansion au niveau de la sortie.
Dans des conditions de refroidissement rapide, l'orientation peut entraîner la formation de contraintes internes dans le matériau polymère. En raison de la viscosité élevée du polymère fondu, les contraintes internes ne peuvent pas se relâcher rapidement, ce qui affecte les propriétés physiques et la stabilité dimensionnelle du produit.
Effets des paramètres sur le stress lié à l'orientation :
Une température de fusion élevée entraîne une faible viscosité et une réduction de la contrainte de cisaillement, ce qui réduit l'orientation. Cependant, la température élevée accélère également la relaxation des contraintes et améliore la libération de l'orientation. Si la pression de la machine de moulage par injection n'est pas ajustée, la pression dans la cavité augmentera, ce qui renforcera l'effet de cisaillement et augmentera la contrainte d'orientation.
L'allongement du temps de maintien avant la fermeture de la buse augmente la contrainte d'orientation.
L'augmentation de la pression d'injection ou de maintien augmente la contrainte d'orientation.
Une température de moule élevée garantit un refroidissement lent du produit, ce qui joue un rôle de désorientation.
L'augmentation de l'épaisseur du produit réduit la contrainte d'orientation car les produits à parois épaisses se refroidissent lentement, ce qui entraîne une lente augmentation de la viscosité et un long processus de relaxation des contraintes, d'où une faible contrainte d'orientation.
Comme indiqué précédemment, l'important gradient de température entre la matière fondue et la paroi du moule pendant le remplissage du moule entraîne une contrainte de compression (contrainte de retrait) dans la couche extérieure et une contrainte de traction (contrainte d'orientation) dans la couche intérieure.
Si le moule est rempli pendant une période prolongée sous l'influence de la pression de maintien, le polymère fondu est rechargé dans la cavité, ce qui augmente la pression de la cavité et modifie la contrainte interne causée par l'irrégularité de la température. Toutefois, si le temps de maintien est court et que la pression dans la cavité est faible, le produit conservera son état de contrainte d'origine pendant le refroidissement.
Si la pression de la cavité est insuffisante dans les premiers stades du refroidissement du produit, la couche extérieure du produit formera une dépression due au retrait de solidification. Si la pression de la cavité est insuffisante dans les phases ultérieures, lorsque le produit a formé une couche froide et dure, la couche intérieure du produit peut se séparer en raison de la rétraction ou former une cavité.
Le maintien de la pression dans la cavité avant la fermeture de la porte permet d'augmenter la densité du produit et d'éliminer les contraintes liées à la température de refroidissement, mais il entraîne également une forte concentration de contraintes à proximité de la porte.
Par conséquent, lors du moulage de polymères thermoplastiques, une pression plus élevée dans le moule et un temps de maintien plus long permettent de réduire la contrainte de retrait causée par la température et d'augmenter la contrainte de compression.
La présence de contraintes internes dans un produit peut affecter de manière significative ses propriétés mécaniques et sa facilité d'utilisation. La répartition inégale des contraintes internes peut entraîner l'apparition de fissures dans le produit au cours de son utilisation.
Lorsqu'il est utilisé à une température inférieure à la température de transition vitreuse, le produit peut subir une déformation irrégulière ou un gauchissement, et sa surface peut devenir "blanchâtre", trouble, avec des propriétés optiques altérées.
La réduction de la température à la porte et l'augmentation du temps de refroidissement lent peuvent contribuer à améliorer la tension inégale dans le produit et à rendre ses propriétés mécaniques plus uniformes.
Les polymères cristallins et amorphes présentent tous deux une résistance à la traction anisotrope. La résistance à la traction des polymères amorphes varie en fonction de l'emplacement de la grille. Lorsque la grille est alignée avec la direction de remplissage, la résistance à la traction diminue à mesure que la température de la matière fondue augmente. Lorsque la grille est perpendiculaire au sens de remplissage, la résistance à la traction augmente avec la température de fusion.
Une augmentation de la température de fusion renforce l'effet de désorientation et réduit l'effet d'orientation, ce qui diminue la résistance à la traction. L'orientation de la porte peut affecter l'orientation en influençant la direction de l'écoulement.
Les polymères amorphes ont une résistance à la traction plus élevée dans la direction perpendiculaire au sens de l'écoulement que les polymères cristallins, en raison de leur plus forte anisotropie. L'injection à basse température présente une anisotropie mécanique plus importante que l'injection à haute température, le rapport d'intensité entre la direction verticale et la direction d'écoulement étant de 2 lorsque la température d'injection est basse et de 1,7 lorsqu'elle est élevée.
En conclusion, l'augmentation de la température de fusion diminue la résistance à la traction des polymères cristallins et amorphes, mais le mécanisme diffère, ce dernier étant dû à une réduction de l'orientation.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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