Caractéristiques des Polymères

1. Généralités sur les plastiques et le retrait

Les plastiques sont des matériaux transformables et injectables sous l'effet de la chaleur. Lors du refroidissement, ils subissent un phénomène appelé retrait, qui influence les dimensions finales des pièces moulées.

a) Deux grandes familles de plastiques

Chaque famille présente des propriétés spécifiques, ce qui rend leur comportement unique lors du moulage.

À retenir : Le retrait doit être pris en compte lors de la conception des moules pour éviter des défauts dimensionnels, surtout pour des pièces de haute précision.

2. Principe du retrait

• Sous l'effet de la chaleur, la matière plastique se dilate : les chaînes moléculaires se déplacent et s'écartent, ce qui augmente le volume.
• Lors du refroidissement, la matière se contracte (retrait) car les chaînes moléculaires se rapprochent à nouveau.
• Ce phénomène de retrait varie selon la nature du plastique (semi-cristallin ou amorphe) et influence la taille finale de la pièce moulée.

Formule simplifiée du retrait (en pourcentage) :

$$\text{Retrait} = \frac{\text{Dimension moule} - \text{Dimension pièce}}{\text{Dimension moule}} \times 100$$

Le retrait est donc un paramètre clé à maîtriser pour garantir la précision dimensionnelle des pièces plastiques.

1. Retrait principal (dans le moule)

• La matière chaude injectée dans un moule froid se refroidit de manière non homogène : la température est plus basse au contact des parois qu’au cœur.
• Le retrait principal se produit pendant ce refroidissement dans le moule.
• Ce retrait correspond à la contraction du volume de la matière en refroidissant.

2. Post-retrait

• Le post-retrait se produit après l’éjection de la pièce du moule.
• Il est généralement moins important que le retrait dans le moule.
• Il peut durer jusqu’à 24 à 48 heures après l’éjection.
• Ce phénomène est dû à la poursuite de la stabilisation dimensionnelle de la pièce à température ambiante.

Le retrait total d’une pièce est la somme du retrait dans le moule et du post-retrait.

3. Schéma simplifié

Le contrôle du retrait est essentiel pour garantir les dimensions finales et les propriétés techniques des pièces en polymère.

1. Modification des propriétés par les additifs et les paramètres de transformation

a) Influence des additifs

• Charges (ex : fibre de verre, talc) ajoutées dans une pièce modifient :

  • Le retrait (diminue souvent le retrait)
  • La masse volumique
  • Les propriétés mécaniques, thermiques et acoustiques

• Exemple :
  Polypropylène (PP) + fibre de verre
  → La fibre de verre, bon isolant thermique, augmente la température nécessaire pour atteindre la transition vitreuse.
  → Les réglages de température doivent être augmentés lors de la transformation.

b) Effet des épaisseurs

• Une pièce avec des épaisseurs différentes subit un gauchissement dû à un retrait linéaire inégal :
  • La partie la plus épaisse rétrécit plus que la partie plus fine
  • Cela provoque des déformations et défauts dimensionnels

c) Rôle du refroidissement

• Le temps de refroidissement influence le retrait pendant et après le cycle de transformation
• Un refroidissement trop rapide ou inégal peut accentuer les contraintes internes et déformations

À retenir : Les additifs et les paramètres de transformation (épaisseur, refroidissement) modifient le retrait, la masse volumique et les propriétés mécaniques et thermiques des polymères.

1. Influence de la température d’outillage sur le retrait

2. Conséquences pratiques

• Un refroidissement trop rapide entraîne un retrait initial faible mais un post-retrait important, provoquant des déformations.
• Un refroidissement lent favorise un retrait plus important pendant le cycle, mais stabilise la pièce rapidement.

Le choix de la température d’outillage est crucial pour maîtriser le retrait et garantir la qualité dimensionnelle et l’aspect final de la pièce.

1. Retrait des plastiques courants

• Les plastiques semi-cristallins (PEBD, PEHD, PP) ont un retrait modéré (2 à 3,5 %).
• Les plastiques amorphes (ex. PMMA) présentent un retrait plus important (jusqu’à 9 %).

Le retrait dépend de la nature du polymère et de sa structure (amorphe ou semi-cristalline).

1. Comportement des plastiques amorphes et semi-cristallins

2. Différences entre plastiques amorphes et semi-cristallins

• Plastiques amorphes

  • Structure moléculaire désordonnée empêchant l'organisation régulière des chaînes.
  • Retrait faible car les molécules ne peuvent pas se réarranger facilement.
  • Exemples : PS Choc, ABS, PVC, PC.

• Plastiques semi-cristallins

  • Structure partiellement organisée (zones cristallines) mêlée à des zones désordonnées.
  • Retrait plus important dû à la réorganisation des cristallites lors du refroidissement.
  • L'ajout d'additifs (ex : fibres de verre) permet de réduire le retrait.
  • Exemples : PA, POM.

À retenir :
Les plastiques amorphes ont un retrait faible grâce à leur structure désordonnée, tandis que les semi-cristallins subissent un retrait plus important lié à leur organisation partielle, modulable par des additifs.