Comment améliorer les contraintes internes grâce à la température du moule
Table des matières
Commençons par clarifier un concept : Qu'est-ce que le stress interne ?
La contrainte interne désigne la contrainte résiduelle auto-équilibrée figée au sein du polymère (molécules de plastique) à l'intérieur du produit moulé après moulage par injectionSa cause profonde réside dans le fait que le processus de refroidissement du polymère de l'état fondu à l'état solide est un processus hors d'équilibre, où le temps de relaxation des chaînes moléculaires ne correspond pas à l'échelle de temps du refroidissement, empêchant ainsi le système d'atteindre l'équilibre thermodynamique.
En clair : après le moulage par injection de plastique fondu, en raison du refroidissement et de la solidification rapides, les molécules de plastique internes, qui ont tendance à se contracter et à reprendre leur forme initiale, sont contraintes par la cavité du moule et ne peuvent pas libérer cette tendance. C’est une impasse : « elles veulent se libérer, mais elles ne le peuvent pas ».
La principale source de stress interne
Les contraintes internes des plastiques proviennent principalement de deux aspects :
Contraintes internes d'orientation générées par l'orientation du flux
- Étirage: Pendant moulage par injectionLes chaînes moléculaires du plastique fondu sont désordonnées. Lors de leur passage à travers des orifices et des canaux étroits, elles sont étirées et redressées de force par de fortes forces de cisaillement, s'orientant ainsi dans le sens de l'écoulement.
- Geler: Idéalement, si le refroidissement est lent, ces chaînes moléculaires étirées ont suffisamment de temps pour se détendre et reprendre leur forme enroulée naturelle (sous l'effet de l'augmentation d'entropie). Mais en réalité, le moule est froid et la vitesse de refroidissement est extrêmement rapide.
- Génération de stress : La chaîne moléculaire est instantanément « figée » dans cet état étiré et non naturel avant qu'elle puisse se rétracter.
Contraintes thermiques causées par un champ de température inégal
- Différence de température : Du plastique fondu (par exemple à plus de 200 °C) est injecté dans un moule froid (par exemple à 60 °C). Lorsqu'il entre en contact avec la paroi froide du moule, la surface se refroidit et se solidifie instantanément, formant une coque dure.
- Rétrécissement asynchrone : À ce stade, le cœur du produit est encore à l'état fondu à haute température. Alors que l'intérieur commençait à se refroidir lentement et à tenter de se contracter, ses mouvements étaient fortement contraints par la « coque dure » extérieure déjà solidifiée.
Génération de stress : - Interne: Le corps tend à se contracter, mais est tiré par la paroi externe, ce qui engendre une contrainte de traction (contrainte d'étirement) à l'intérieur. En surface : il est tiré par la tendance à la contraction interne, ce qui engendre une contrainte de compression (contrainte de compression) en surface.
Problèmes causés par le stress interne
La contrainte interne mentionnée ci-dessus correspond à un état contradictoire de « désir de libération sans possibilité de libération » en raison des limitations de la cavité du moule. Que se passe-t-il si l'on s'affranchit de ces limitations ? Les problèmes suivants se produiront.
- Déformation et gauchissement : C'est la conséquence la plus fréquente. Lorsque la répartition des contraintes internes est inégale, le matériau tend à se courber dans le sens des contraintes les plus faibles afin de retrouver un équilibre, ce qui entraîne une instabilité dimensionnelle du produit et l'impossibilité de l'assembler.
- Fissuration sous contrainte : C’est la conséquence la plus grave. Lors du stockage, de l’utilisation ou du contact avec des solvants chimiques, une légère stimulation externe peut se combiner à d’énormes contraintes internes, provoquant la fissuration du produit sans prévenir.
- Précision dimensionnelle diminuée : La libération des contraintes internes peut entraîner une déformation lente du produit au fil du temps, le rendant incapable de répondre aux exigences dimensionnelles des pièces de précision.
Blanchiment du produit et diminution des performances optiques : Dans les zones de concentration de contraintes, les changements de densité du matériau peuvent provoquer une diffusion de la lumière, entraînant des « lignes argentées » ou un blanchiment dû aux contraintes.
L'effet de la température du moule sur l'amélioration des contraintes internes
Qu’il s’agisse de contraintes directionnelles ou thermiques, lors du moulage par injection, afin de maîtriser les phénomènes indésirables causés par ces contraintes, il est essentiel d’ajuster en profondeur les paramètres de solidification et de retrait.
Comment le régler ?
Il existe deux directions en matière de savoir-faire.
L'un est de ajuster le temps de refroidissement de la couche congelée du produit et ajuster le retrait de densité de chaque partie par plusieurs étapes de maintien sous pression. Si vous ne comprenez pas, vous pouvez consulter mon article précédent qui explique des exemples de maintien sous pression.
Le second est de utiliser notre température de mouleRéduisez le stress en contrôlant le temps de congélation grâce à la température du moule, et compensez le retrait inégal dans différentes parties du produit en ajustant la température du moule.
Définition des critères de température du moule en matériau
La température de transition vitreuse (Tg) et la cristallinité des différents matériaux varient considérablement, et il existe des différences importantes dans les réglages de température du moule. Les matériaux cristallins nécessitent une « correspondance de température de cristallisation », tandis que les matériaux non cristallins nécessitent un « ralentissement de la vitesse de refroidissement ».
Voici les plages d'optimisation générales (qui doivent être ajustées en fonction de l'épaisseur de la paroi de la pièce en plastique : si l'épaisseur de la paroi est ≥ 3 mm, la température du moule doit être augmentée de 5 à 10 °C en conséquence) :
Type de matériau | Matériaux représentatifs | Plage de température recommandée pour les moisissures | Points clés pour réduire le stress interne |
|---|---|---|---|
Faible cristallinité | PP/PE | 20~50℃ | Différence de température cavité/noyau ≤ 5 °C pour éviter un retrait irrégulier dû à un refroidissement rapide à basse température |
Haute cristallinité | POM/PA6/PA66 | 40~80℃ (60~90℃ recommandé pour le PA renforcé de fibres de verre) | Une cristallisation insuffisante et des micro-contraintes internes se produisent à une température de moule trop basse ; un collage du moule est probable à une température de moule trop élevée, ce qui nécessite un réglage précis de la pression de maintien. |
Amorphe (faible Tg) | ABS/HANCHES | 40~70℃ | L'augmentation de la température du moule à 50~60℃ réduit considérablement les contraintes d'orientation moléculaire et améliore la fragilité des pièces (par exemple, le problème de fissuration de l'ABS). |
Amorphe (Tg élevée) | PC/PMMA/Alimentation | 80~120℃ (100~130℃ recommandé pour les composants PC à parois épaisses) | Une température de moule trop basse est la principale cause de surcontraintes internes ; une température de moule élevée est nécessaire pour assurer un refroidissement lent de la matière fondue et une relaxation moléculaire suffisante ; une température de moule ≥ 90 °C pour le PMMA peut réduire considérablement le faïençage/la fissuration. |
Matériaux en alliage | PC/ABS/PBT/PEEK | 60~100℃ (120~180℃ recommandé pour le PEEK haute température) | Régler la température du moule en fonction du composant ayant la Tg la plus élevée (par exemple, le PC comme référence pour le PC/ABS avec une température de moule ≥ 80 °C) afin de compenser la différence de retrait des deux matériaux. |
Principe du contrôle de la déformation par différence de température dans le moule
Je vais ici prendre la déformation comme exemple pour expliquer en détail pourquoi une différence de température du moule peut contrôler la déformation ?
Prenons comme exemple un produit qui s'est déformé dans le sens du moule avant. Concentrons-nous maintenant sur les points clés !
Oublions ici les théories précédentes, telles que le concept de dilatation du temps, d'orientation des contraintes thermiques et d'augmentation et de diminution de l'entropie.
Permettez-moi de vous donner un exemple intéressant pour vous aider à comprendre :
- Scénario: Un couloir étroit dont les parois gauche et droite représentent les cavités des moules avant et arrière.
- Protagoniste: Deux figurines de molécules en plastique se tiennent au milieu du couloir. Elles viennent de terminer leur échauffement (fusion et remplissage) et se préparent maintenant à prendre une forme statique (refroidissement et mise en forme).
Acte 2 : Traction inévitable (Déformation)
Le petit personnage de gauche tire désespérément vers la gauche, tandis que celui de droite ne résiste pas. Le résultat est évident : le personnage de droite est entièrement tiré vers la gauche (côté froid). C’est la déformation que nous observons.
Alors, comment maintenir la stabilité (éliminer la déformation) ?
Plan A : Décongeler la petite personne qui s'accroche au mur (ce qui correspond à une augmentation de la température du côté froid du moule)
- Description: L'arbitre souffle rapidement de l'air chaud sur la personne de petite taille à gauche et lui dit : « Ne sois pas si tendu, relâche tes mains et détends-toi un peu. »
- Effet: Les muscles de la personne de petite taille à gauche se détendent, relâchant progressivement la main qui s'agrippait au mur (libération des tensions internes). L'équilibre des forces entre la gauche et la droite est rétabli, et l'équipe se redresse.
- Correspondance professionnelle : En augmentant la température du moule côté basse température, en ralentissant la vitesse de refroidissement et en accordant un temps de relaxation aux chaînes moléculaires, les contraintes d'orientation et les contraintes thermiques peuvent être réduites.
Option B : Demandez également à la personne de l'autre côté de « s'agripper à l'accoudoir » (ce qui correspond à une réduction de la température du moule du côté à haute température).
- Description: L'arbitre s'est retourné et a ordonné à la personne à droite : « Ne restez pas inactif, immobilisez-vous immédiatement et saisissez la rampe à droite. »
- Effet: La personne de petite taille à droite s'est elle aussi figée instantanément, s'agrippant au mur de droite. À présent, les deux camps tirent désespérément vers leur camp respectif, leurs forces s'opposant les uns aux autres, jusqu'à atteindre un nouvel équilibre précaire. Bien que l'équipe se soit stabilisée, chaque membre est extrêmement fatigué (en raison d'un stress interne intense).
- Correspondance professionnelle : En abaissant la température du moule du côté haute température, la vitesse de refroidissement est synchronisée et accélérée avec celle du côté basse température. On obtient ainsi une « congélation synchrone ». Bien que le niveau global de contraintes internes dans le produit soit élevé, leur répartition est symétrique et limite les risques de déformation. Il s'agit d'une stratégie équilibrée, consistant à « combattre le poison par le poison ».
Conclusion
Vous devriez avoir compris maintenant !
La déformation n'est pas due à la contrainte interne elle-même, mais à l'amplitude inégale de cette contrainte entre les côtés gauche et droit.
Nous pouvons modifier cet état en ajustant la différence de température du moule, soit en favorisant la relaxation des contraintes par le biais de la « relaxation des articulations » ou en obtenant une congélation symétrique par le biais de la « tension des articulations » !
FAQ
Quelle est la principale cause des contraintes internes dans les pièces moulées par injection ?
Le retrait irrégulier du matériau fondu lors des phases de remplissage et de refroidissement en est la principale cause. Il résulte essentiellement d'un refroidissement rapide, qui fige les chaînes moléculaires, d'une différence de température inégale entre la cavité et le noyau, d'une orientation moléculaire excessive due à une vitesse d'injection inadéquate et d'un défaut de cristallisation (pour les matériaux cristallins).
Un changement de température du moule peut-il éliminer complètement les contraintes internes ?
Non. Réglage du température du moule est certainement la méthode la plus simple et la plus efficace pour réduire les contraintes internes, mais elle doit être combinée avec les paramètres du processus d'injection (vitesse d'injection, pression de maintien) et l'optimisation de la structure du moule (canal d'eau uniforme). Pour les pièces présentant un risque élevé de déformation (comme les pièces en polycarbonate à parois épaisses), post-traitement (trempe) est également nécessaire à éliminer davantage les contraintes résiduelles.
Pourquoi la température du moule a-t-elle des effets différents sur les contraintes internes des matériaux cristallins et amorphes ?
Dans le cas des matériaux cristallins (tels que PP/POM/PA), un approprié température du moule Le cadre peut mener à uniforme et cristallisation complète, éliminant ainsi les micro-contraintes dues à une cristallisation inégale ; alors que dans le cas des matériaux amorphes (tels que PC/ABS/PMMA), moule La température est principalement un régulateur de l'orientation moléculaire et, en augmentant la température du moule, le processus de refroidissement peut être ralenti. à permettre une relaxation moléculaire suffisante, réduisant ainsi la contrainte d'orientation.
Quelles méthodes simples peuvent être utilisées pour détecter les contraintes internes des pièces moulées par injection lors d'un essai de moule ?
Plusieurs simple détection méthodes le plus souvent utilisé Les tests locaux sont les suivants : test d’immersion dans l’acétone (pour le PC/PMMA, vérifier si des craquelures ou des fissures apparaissent après trempage) ; test de pliage (pour l’ABS/HIPS, vérifier la facilité de fissuration lors du pliage) ; inspection visuelle (examiner la surface de la pièce pour détecter des stries argentées évidentes, des déformations ou des fissures).
Comment faire varier la température du moule pour les pièces à parois épaisses et les pièces à parois minces afin de réduire les contraintes internes ?
Dans le cas de pièces à parois épaisses (épaisseur de paroi de 3 mm), moule La température doit être augmentée de 5 à 10 fois par rapport à la plage standard, ralentissant ainsi la vitesse de refroidissement afin d'éviter les contraintes de retrait interne ; d'autre part, pour les pièces à parois minces (épaisseur de paroi 1, 5 mm), la température du moule doit être fixé au niveau moyen à haut niveau de la plage recommandée et utilisée conjointement avec une vitesse d'injection moyenne et faible afin de réduire les contraintes d'orientation moléculaire dues au remplissage rapide.
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