Academic literature on the topic 'Matières plastiques – Moulage'

L'objectif de ce travail est de choisir un procede pour realiser une forme creuse (canoe biplace) en fonction d'un cahier des charges preetabli. Le choix de la technique de fabrication doit etre peu onereuse, non polluante et permettre le recyclage des materiaux. Deux solutions pouvaient etre retenues : une amelioration du procede de rotomoulage du polyethylene haute densite. Toutes les tentatives n'ont pas permis de repondre au cahier des charges en raison d'un trop fort rapport poids/performances. L'utilisation d'un thermoplastique (polypropylene) arme fibres de verre longues a ete etudie. La faisabilite du procede a ete demontree et les problemes associes a ce materiau (difficultes de collage et de decoration) ont ete etudiees et des solutions ont ete proposees et testees. Le moulage par membrane a basse pression necessaire pour realiser cette forme creuse semble mal adapte aux specifications de mise en forme du fabricant du tissu arme. C'est pourquoi, dans une deuxieme partie nous nous sommes attaches a caracteriser des echantillons realises par ce procede en comparant avec le moulage a la presse. Il est apparu que le proprietes mecaniques des materiaux moules a la membrane etaient au moins egales et souvent superieures aux produits moules a la presse. Une caracterisation physique des materiaux a montre que le moulage a la membrane qui requiert un refroidissement lent donne un taux de cristallinite du polypropylene beaucoup plus eleve que pour les moulages a la presse dans le thermoplastique liant les fibres de verre ce qui explique la nette amelioration des proprietes mecaniques. Ce procede de moulage par membrane sous basse pression semble particulierement adapte a la realisation de pieces de petites serie et de grandes dimensions.

L'étude concerne des mélanges polyester insaturé-polyacétate de vinyle (PVAc), éventuellement additionnés de charges (carbonate de calcium). La réaction des mélanges en couche mince est suivie au microscope optique. En présence d'un taux suffisant de PVAc, il se produit une séparation de hase suivie, dans certains cas, par une micro fissuration. L'existence et l'allure des microfissures dépendent la température. Il est montré que ces microfissures sont fractales, avec une dimension qui augmente avec la température et le taux de PVAc. Un simulateur de moulage a été développé pour étudier les mélanges dans des conditions réalistes de transformation. La compensation du retrait est étudiée en fonction de la pression, de la température, du taux de PVAc et du taux de charges. La pression est le principal paramètre ; l'effet non linéaire ·du taux de PVAc est observé et interprété en termes de géométrie des micro vides. En effet, les faciès de rupture des matériaux observés en microscopie électronique à balayage sont caractérisés par leur dimension fractale grâce à deux méthodes. Enfin, une simulation par ordinateur a permis de vérifier l'hypothèse de la corrélation entre la morphologie du réseau polyester issue de la séparation de phase et celle des microfissures
This study d~al_s with _blends of unsaturated polyester and poly vinyl. Acetate - PVAc, some of them containing fillers (calcium carbonate). The reaction between two glass slides is observed by optical microscopy. With a sufficient PVAc content, phase separation occurs, possibly followed by micro fissuring. Existence and form of micro fissure depend on cure temperature. It is shown that these micro fissures are fractal and their dimension increases with temperature and PVAc content. A molding simulator bas been developed in order to study the different blends under realistic processing conditions. The shrinkage compensation is investigated as a function of pressure, temperature, PVAc content. Pressure is found to be the main parameter. The non linear effect of PVAc content is observed and explained in terms of micro void geometry. Fracture surfaces viewed by scanning electronic microscopy are characterized by their fractal dimension with two methods. Finally, the assumption of correlation between the polyester network morphology after phase separation and micro fissure morphology is verified by a computer simulation

La transformation et la formulation du maïs plante entière ont été étudiées pour obtenir un nouveau matériau composite biodégradable pouvant être mis en forme par injection moulage. Le maïs plante entière est constitué d'une fraction thermoplastifiable d'amidon et de protéines et d'une fraction de fibres lignocellulosiques qui le prédisposent à la réalisation d'agromatériaux. Le traitement thermo-mécano-chimique de la matière est réalisé dans un extrudeur bi-vis. La transformation en milieur faiblement hydraté est étudiée dans des conditions d'extrusion contrôlées et pour un profil de vis comprenant une zone de malaxeurs et une zone de contr-filets. Pour chaque zone fonctionnelle de l'extrudeur, le taux de transformation des extrudats est corrélé aux temps de séjours locaux et aux énergies spécifiques délivrées à la matière. En sortie d'extrudeur, le maïs plante entière se présente sous la forme d'une matrice thermoplastique d'amidon déstructuré dans laquelle les fibres lignocellulosiques sont réparties de façon homogène. La mise en forme des extrudats de maïs plante entière est réalisée dans une presse à injecter de 90T de force de fermeture. La matière, plastifiée uniquement avec de l'eau, est injectée entre 110 et 150°C, pour une humidité supérieure à 16%. La substitution d'une partie de cette eau de plastification par un plastifiant moins volatil, diminue le retrait post-injection et améliore la stabilité dimensionnelle des pièces. La déstructuration chimique à la soude de la fraction lignocellulosique du maïs plante entière, augmente la fluidité de la matière. L'introduction dans la formulation de savons d'huile de pins, diminue les interactions à l'interface matériau/moule, favorisant ainsi le démoulage. La transformation du maïs plante entière selon ce procédé, conduit à des objets moulés dont les propriétés mécaniques mécaniques sont proches de celles des plastiques usuels.

Dans l'industrie de la mise en forme des polymères, il est bien connu que les conditions du procédé influencent fortement la qualité du produit final. La simulation numérique de l'ensemble du procédé est alors nécessaire pour optimiser et comprendre l'interaction entre le procédé, la structure et les propriétés du matériau final. Dans la mise en forme par injection moulage, l'un des problèmes rencontrés dans la simulation numérique est le suivi du front polymère-air (ou de l'interface) lors de la phase de remplissage. La précision de la détermination de l'interface est importante pour décrire correctement les champs de vitesse, la distribution, la pression et l’effet fontaine. Pour ces raisons, l’objectif de ce travail est double. : i- développer un modèle numérique qui décrit un écoulement anisotherme et non-Newtonien simulant la phase de remplissage dans le procédé d’injection moulage. Ii- appliquer ce modèle pour une étude fine du comportement du polymère lors de son écoulement dans le moule, afin d’analyser l’interaction moule-polymère aux interfaces. La méthode de Level-Set, corrigée par une méthode de pénalité afin de la rendre conservative, est utilisée pour représenter le front polymère air dans le moule. Elle est d’abord validée dans différentes configurations, puis appliquée pour la simulation du remplissage d’une cavité rectangulaire par l’écoulement d’un fluide non-Newtonien et anisotherme. Pour ce faire, les équation, de Navier-Stokes, de continuité et d’énergie sont couplées pour décrire l’écoulement et le comportement thermique du polymère fondu. Une méthode d’éléments finis est utilisée pour résoudre ces équations. Les résultats montrent clairement l’effet fontaine. La température, la vitesse, la pression et la viscosité sont calculées et l'influence de la résistance thermique de contact entre le polymère et le moule en métal est également étudiée et ce pour différentes conditions d’injection
In the polymer processing industry, it's well established that the process conditions influence strongly the quality and final part properties. The numerical simulation of all the process is then necessary to optimise and understand the interaction between the process, the material properties and structure. In the injection moulding process, one numerical difficulty concerns the exact polymer-air front tracking during the filling step. The exact determination of the interfaces is needed to describe precisely the velocity fields, the pressure distribution and the fountain flow phenomena. The two aims of this work are then : i-development of a numerical model describing the non-isothermal flow of non-Newtonian fluids as in the filling stage in the injection molding process. Ii-apply the model to study the mold-polymer interfaces interaction, and to understand the effect of several molding parameters. First, we have proposed a penalty correction for the level set method, in order to ensure the mass conservation. After its validation in various configurations, the method is then introduced in a numerical simulation of a non-Newtonian, non isothermal flow in a rectangular cavity. A strong coupling between the energy, continuity, Navier-Stokes and level-set equations is made in order to describe the polymer behaviour in the mold. A finite Elements Method is used to solve the multiphysics problem. The results show clearly the fountain flow phenomenon. Temperature, pressure, velocity profiles and viscosity evolution are calculated and the influence of the contact thermal resistance between the metallic mold and the moving polymer interface is investigated for different injection molding conditions

L'injection assistée par gaz est un procédé communément mis en œuvre pour économiser de la matière en créant une cavité dans une pièce plastique. Dans des cas d'applications plus complexes, il peut arriver que deux ou plusieurs bulles soient amenées à se rencontrer. Très longtemps cette connexion a été considérée comme impossible. Il se trouve que dans certaines configurations particulières ce phénomène peut être provoqué et est parfaitement reproductible. Cette connexion permet une homogénéisation du champ de pression supprimant ainsi les contraintes internes provoquées par le gradient de pression. Par ailleurs, il devient alors possible de maitriser le retrait de la matière en modifiant simplement la pression d'injection de gaz
The gas assisted injection moulding is a process commonly implemented to save material while creating a cavity in a plastic part. In cases of more complex applications, it can happen that two or more bubbles are brought to merge. For a long time, this connection was considered as impossible. In some special configurations this phenomena can be provoked and its perfectly repeatable. This connection allows a homogeneous field of pressure thus diminating internal constraints due to pressure gradient. Besides, it becomes possible to control the polymer shrinkage while modifying simply the nitrogen pressure level

Les lignes de soudure de flux d'écoulement dans les pièces injectées en polymère sont des défauts non encore maîtrisés et qui génèrent des affaiblissements mécaniques souvent aléatoires et nuisent ainsi a la fiabilité des pièces. L'analyse bibliographique montre également que tous les polymères n'ont pas la même sensibilité vis-à-vis de la ligne de soudure. Des différences de comportement sont en effet observées entre le polystyrène et le polycarbonate qui appartiennent pourtant a la même famille de polymères amorphes. Une analyse de fond du problème est donc nécessaire afin de connaître. Les mécanismes générateurs des lignes de soudure en fonction des paramètres physiques, géométriques et technologiques lies au matériau, a la pièce, au moule et au procède. Les affaiblissements mécaniques engendres. Les remèdes possibles pour éviter de tels affaiblissements. Le présent travail propose donc, en fonction de la nature des polymères et des paramètres géométriques, physiques et technologiques de mise en forme, d'une part d'analyser a l'échelle macroscopique les mécanismes de formation et les affaiblissements mécaniques, d'autre part d'expliquer et de calculer a l'échelle microscopique et moléculaire cet affaiblissement de cohésion a partir des particularités morphologiques locales, et de proposer ainsi des remèdes.

L’innovation est aujourd’hui un besoin pressant dans l’industrie. La dimension technique de l’innovation sous-entend l’invention, c’est à dire la résolution de problème technique. Cette thèse contribue à la construction de supports méthodologiques, aidant la résolution de problème technique en conception. Nos travaux se situent dans deux domaines : l’injection de thermoplastiques et la conception de système technique. Dans un premier temps, la problématique du domaine de l’injection est identifiée d’une part à partir de l’analyse de neufs projets qui se sont déroulés dans deux entreprises différentes, et d’autre part grâce à une analyse de la littérature scientifique portant sur la conception de pièce injectée. Cette problématique est synthétisée sous la forme de trois conflits à résoudre. Ces trois conflits sont ensuite traduits en une problématique du domaine de la conception de système technique. Pour ce faire, trois voies proposées par la littérature sont analysées : l’ingénierie intégrée, la conception inventive et la TRIZ. Les contributions construites sont détaillées dans un deuxième temps. Les contributions, développées afin de résoudre les deux problématiques identifiées, sont les suivantes : une modélisation de connaissance technique (basée sur trois types de paramètres, reliés par des lois causales), et une méthode utilisant cette connaissance technique (soit pour identifier des concepts de solution connus dans le cadre d’une conception standard, soit pour formuler une contradiction clé à résoudre par les outils de la TRIZ dans le cadre d’une conception inventive). La modélisation de connaissance a été appliquée au domaine de l’injection plastique afin de proposer une base de connaissance étendue de ce domaine. Dans un troisième temps, nos contributions sont testées grâce à trois projets, pilotés dans les deux entreprises mentionnées plus haut. Il a ainsi été possible de proposer des concepts de solution qui ont pu débloquer des projets difficiles à valider. Il a donc été possible de montrer l’efficacité de nos contributions
Innovation is a real need for industry today. Technical dimension of innovation relies on invention, which means technical problem solving. Our research contributes in building methodological support, assisting technical problem solving in design. The first step is the identification of a problematics in injection molding design, based on the one hand on the analysis of nine projects in two different companies, and on the other hand on a litterature review. This problematics is synthesised in the shape of three conflicts that need to be solved. These three conflicts are then generalised in a problematics in the field of technical system design. To do so, three directions existing in litterature have been reviewed: concurrent engineering, inventive design and TRIZ. The built contributions are presented in the second step. They aim at solving both of the identified problematics. Our contributions are: a knowledge modeling principle (based on three kinds of parameters, linked by objective laws) and a method using this technical knowledge (either in order to identify known solution concepts in the frame of standard design, or to formulate a key contradiction that is to be solved using TRIZ tools in the frame of inventive design). Knowledge modeling principle has been applied to injection molding in order to propose an extended knowledge base. The third step is the testing of our contributions on three projects, managed in the companies already mentionned. It has been possible to propose concept solutions to continue these projects, bloqued due to technical problem. Hence, the efficiency of our contributions has been proved

Des travaux de recherche tentent aujourd’hui de prédire les propriétés mécaniques des polymères semi-cristallins induites par leur mise en forme à l’aide de la mécanique des milieux hétérogènes. Mais l’utilisation de ces modèles micromécaniques nécessite une description dimensionnelle de la morphologie cristalline, aussi bien au niveau lamellaire qu’à l’échelle supérieure des macrostructures cristallines induites. Dans ce contexte scientifique, ce travail de thèse s’est donné pour objectif de caractériser finement les différentes morphologies que l’on peut rencontrer dans l’épaisseur des polypropylène et polyéthylène linéaire injectés, et de déterminer l’influence de certaines conditions de mise en œuvre sur ces morphologies. Les fonctions d’orientation des différents axes cristallographiques ont été déterminées par dichroïsme infrarouge et à partir de figures de pôle obtenues par WAXS sous anode tournante et sous microfaisceau synchrotron. La répartition des amas lamellaires et leurs dimensions ont été déterminées par SAXS. Finalement, la taille des structures cristallines a été caractérisée par microscopie optique en lumière polarisée. L’ensemble des résultats a été utilisé pour générer des modèles morphologiques à travers l’épaisseur des plaques injectées. Des structures morphologiques complexes, induites par la déformation, ont été mis en évidence : des shish-kebabs avec des lamelles filles qui croissent de façon épitaxiale pour le PP, et avec des lamelles torsadées à droites pour le PEhd. Plus généralement, l’orientation de la phase amorphe est faible et l’anisotropie des propriétés mécaniques des polyoléfines est gouvernée par l’orientation élevée de la phase cristalline. L’épaisseur des plaques et la masse molaire du polymère ont une forte influence sur l’orientation moléculaire et les morphologies cristallines obtenues, alors que la vitesse d’injection détermine l’épaisseur des différentes couches morphologiques au travers de l’épaisseur, sans modifier sensiblement ni les niveaux d’orientation moléculaire ni les dimensions lamellaires
This work gave for objective to finely characterize the morphologies which could be found through the thickness of injection moulded plates of polypropylene and linear polyethylene, and to determine the influence of some processing parameters on these morphologies. The orientation functions of the different crystallographic axes were determined by infrared dichroism and waxs pole figures obtained with rotating anode generated beam and synchrotron beam. The lamellar distribution and dimensions were determined by saxs. Finally, the crystalline structures size was characterized by polarized light optical microscopy. The whole of the results was used to generate morphological models through the thickness of the injection moulded plates. Complex morphological structures, induced by deformation, were found: shish-kebabs with epitaxial grow of daughter lamellae for pp and with twisted to right lamellae for hdpe. More generally, the orientation of the amorphous phase is low and the anisotropy of the mechanical properties of polyolefins is controlled by the high orientation of the crystalline phase. The plate thickness and the polymer molecular weight have a strong influence on the molecular orientation and on the obtained crystalline morphologies, whereas the injection speed determines the thickness of the various morphological layers through the thickness, without appreciably modifying neither the molecular orientation levels, nor the lamellar dimensions

Les matériaux composites structuraux, à renfort continus (fibres longues ou tissés) sont de plus en plus utilisés, notamment dans les secteurs automobiles, aéronautiques, nautiques et sportifs. Le procédé Resin Transfer Molding est un procédé de fabrication de pièces composites adapté aux séries moyennes correspondant de plus en plus à celles rencontrées dans l'automobile. Ce procédé répond en outre aux exigences environnementales de non émission de solvant, le moulage étant réalisé en moule fermé. Cette étude réalisée dans le cadre des Programmes de Recherche et d'Innovation dans les Transports Terrestres (PREDIT) du Ministère de l'éducation nationale associait plusieurs partenaires académiques et industriels. Elle s'est intéressée à la caractérisation thermique des matériaux composites à base de polyester insaturé et de renforts en verre, ainsi qu'à leur transformation. On a ainsi effectué l'analyse expérimentale par mesure in-situ et la modélisation des transferts thermiques dans le procédé. Des modèles nouveaux ont été développés et validés. Une première illustration d'une méthodologie d'optimisation thermique du procédé a été montrée
Structural composite materials manufactured with continuous reinforcement (either woven or long fibers) are more and more used, notably in the car industries, aeronautical, nautical and sports domains. The Resin Transfer Molding process is a process of composite part manufacture adapted to average production corresponding more and more to those met in car industries. Besides, this process complies with the environmental requirements of solvent release, molding being achieved in closed mold. This work achieved within the framework of the Programs of Research and Innovation in Ground Transport (PREDIT) of the Ministry of National Education associated several academic and industrial partners. It concerned the thermal characterization of composite materials made of unsaturated polyester and glass reinforcements, as well as their transformation. Experimental analyses were carried out by in-situ measures as well as the modelling of the heat transfer in the process. Some new models have been developed and have been validated. A first illustration of a methodology of thermal optimization of the process has been shown

Le rotomoulage est un procédé de transformation des matières plastiques qui permet principalement la réalisation de pièces creuses de grandes dimensions, sans reprise, ni lignes de soudure. Ce procédé est connu depuis une cinquantaine d’années, mais utilise un savoir-faire empirique. Les inconvénients majeurs du rotomoulage sont aujourd’hui le temps de cycle et la non maîtrise du procédé. Les objectifs de ce projet sont d’une part de mieux comprendre les relations qui existent entre le matériau, le procédé et les propriétés des pièces finales et d’autre part, d’avoir un meilleur contrôle du procédé en analysant et modélisant les échanges thermiques. C’est dans ce cadre que s’est déroulée cette thèse CIFRE au Laboratoire de Recherche Pluridisciplinaire en Plasturgie et au Pôle Européen de Plasturgie, en partenariat avec MECAPLAST GROUP et la Région Rhône-Alpes. Durant le processus de mise en œuvre par rotomoulage, le matériau polymère subit différentes transformations physiques : la fusion, la coalescence des particules, la densification du volume à l’état fondu et la solidification. La compréhension de ces mécanismes a permis d’expliquer les défauts qui apparaissent dans les pièces finales. Afin d’étudier les phénomènes d’échanges thermiques, un dispositif expérimental instrumenté simulant de manière locale la paroi du moule a été mis en place. Il a permis de valider une modélisation des échanges thermiques qui tient compte de l’évacuation de l’air dans le polymère. D’autre part, une analyse expérimentale des transferts thermiques a été réalisée en utilisant une métrologie thermique fine, notamment par fluxmètrie, in situ, directement sur la machine de rotomoulage
Rotational Molding is the best method for producing large hollow plastic articles without weld lines. But it is a quite complex and empirical process. Constant quality in technical parts requires the mastery of the process by controlling on line the main physical phenomena. One of these of first importance is heat transfers. During the processing time, polymer powder melts, then the phenomena of particle coalescence and melt densification occur. After cooling, the molded part is obtained. The understanding of sintering phenomenon, linked to polymer structure, may explain surface defects and bubbles in rotationally molded parts. That’s why this project has been carried out. It is divided into two parts: the first part deals with the relationship between the material structure, the process and the final properties; the second part deals with the modelling of heat transfers during the process. Firstly, material properties such as polymer structure, rheological parameters and surface tension were studied and linked to sintering kinetics. Secondly, samples were molded with a pilot-scale rotational molding machine. This work enabled us to model the sintering phenomenon and to bind its kinetics with polymer structure, rheological properties and final parts properties. An experimental analysis of heat transfer in rotational molding process was also lead by using an instrumented mold associated with an original radio transmission data acquisition system. Moreover, a thermal model was developped by using a static heated plate in order to validate the numerical results. This modelling took into account the sintering phenomenon