Comment le TPU est-il utilisé dans l’industrie du moulage par injection ?

Comment le TPU est utilisé dans l’industrie du moulage par injection ? | ZetarMold

Propriétés fondamentales du TPU

Le TPU est un élastomère thermoplastique produit par la réaction de diisocyanates (tels que le MDI ou le TDI), de polyols de polyéther ou de polyester et d’allongeurs de chaîne. Ses principales propriétés sont les suivantes :

Élasticité et flexibilité

Le TPU est un excellent choix pour les articles qui doivent être très extensibles, car son élasticité est la même dans une large gamme de températures. Ce matériau peut également résister au froid, il ne se fragilise pas. La résistance à la traction et l’allongement à la rupture du TPU lui permettent de rester stable sous contrainte mécanique, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant des performances mécaniques élevées.

Résistance à l’abrasion

Le TPU présente une excellente résistance à la déchirure et à l’abrasion. Il est donc parfait pour la fabrication de produits qui doivent résister à une forte usure, comme les semelles de chaussures ou les bandes transporteuses. Sa résistance à l’abrasion ne se limite pas aux environnements d’utilisation ordinaires. Le TPU peut conserver ses propriétés physiques même en cas d’utilisation intensive et fréquente, ce qui prolonge la durée de vie du produit.

Résistance à l’huile et aux produits chimiques

En particulier dans les environnements où la résistance aux produits chimiques et à l’huile est cruciale, comme dans les industries automobile et pétrolière. Le TPU peut conserver son intégrité et sa fonctionnalité dans des environnements difficiles, ce qui en fait un choix fiable pour les applications exigeantes.

Transparence

En raison de sa transparence, le TPU convient aux produits qui nécessitent un matériau transparent, comme les étuis de téléphone et les produits médicaux. Le TPU a une grande transparence et une forte transmission de la lumière qui, dans la plupart des cas, donne une visibilité claire. Il a également une grande résistance physique et peut être fabriqué pour résister à des conditions difficiles.

Résistance aux intempéries

Grâce à son excellente résistance aux rayons UV et aux intempéries, le polyuréthane thermoplastique (TPU) est parfait pour une utilisation en extérieur. Même après de longues périodes au soleil, il ne perd pas beaucoup ses propriétés physiques, ce qui signifie que les produits à base de TPU, tels que les équipements de plein air et les matériaux de construction, durent longtemps.

TPU dans les procédés de moulage par injection

Le procédé de moulage par injection du TPU ressemble à celui des autres thermoplastiques, mais exige une maîtrise précise des paramètres et conditions de transformation en raison des propriétés particulières du TPU. Voici un guide détaillé de la transformation du TPU par les techniques de moulage par injection :

Préparation des matières premières

Les matières premières TPU (polyuréthane thermoplastique) se présentent généralement sous la forme de granulés de TPU et avant le moulage par injection, un séchage poussé est souvent nécessaire pour se débarrasser de l’humidité qui pourrait dégrader les performances de la pièce produite. La température de séchage est normalement comprise entre 80 et 110℃ et il faut 2 à 4 heures pour achever le processus de séchage afin de réduire le niveau d’humidité susceptible de provoquer des défauts tels que des bulles pendant le processus d’injection. Mais lorsque le taux d’application est très élevé, il peut être nécessaire de procéder à un séchage sous vide ou à un séchage par dessiccation pour éliminer l’humidité qui pourrait encore être présente dans le matériau.

Paramètres d’injection

1. Contrôle de la température : La plage de transformation du TPU se situe entre 180 et 230℃. Une chaleur excessive peut dégrader ses propriétés physiques ; une régulation précise est donc indispensable à la qualité finale. Comme le TPU fond généralement à une température légèrement inférieure à de nombreux thermoplastiques, les équipements exigent un contrôle plus fin.

2. Vitesse d’injection : Une vitesse moyenne évite les contraintes internes et les bulles provoquées par une injection trop rapide. Elle influence l’homogénéité du remplissage et les propriétés mécaniques. À très grande vitesse, l’air reste emprisonné et donne à la pièce un aspect bulleux.

3. Contrôle de la pression : Pression et durée de maintien doivent être correctement réglées pour assurer stabilité dimensionnelle et bel état de surface. Une pression excessive crée des contraintes internes ; une durée insuffisante entraîne retrait et déformation. La durée dépend surtout de l’épaisseur et de la complexité de la pièce.

Conception des moules

La conception du moule d’injection influence fortement les pièces en TPU. Malgré sa bonne fluidité, le TPU exige des seuils et canaux adaptés pour éviter un remplissage insuffisant. Sa souplesse impose aussi un angle de dépouille correct afin de ne pas endommager la pièce au démoulage. L’état de surface évite les défauts, tandis que la température du moule homogénéise le refroidissement et réduit le cycle. Points essentiels de la conception d’un moule d’injection pour TPU :

Cette distribution dépend des conditions de moulage, par exemple la dureté de la matière première, l’épaisseur de la pièce, la forme de la pièce, la température de moulage et la température du moule. En ce qui concerne la plage de retrait typique, les deux sources importantes n’indiquent pas de valeur spécifique de s, qui se situe généralement entre 0,005 et 0,020 cm/cm. Par exemple, une barre rectangulaire de 100×10×2 mm sera plus fine au niveau de la porte dans le sens de la longueur, et le retrait dans le sens de l’écoulement sera 2 à 3 fois plus important lorsque la dureté est de 75A plutôt que de 60D. Comme le montre la figure 1, il existe une relation entre la dureté du TPU et l’épaisseur de la pièce avec le taux de rétrécissement. Comme illustré précédemment, pour une dureté de TPU comprise entre 78A et 90A, le taux de rétrécissement de la pièce diminue à mesure que l’épaisseur augmente et lorsqu’elle est comprise entre 95A et 74D, le taux de rétrécissement augmente légèrement à mesure que l’épaisseur augmente.

Le canal principal relie la buse de la presse à injecter aux canaux secondaires ou aux empreintes du moule. Il s’élargit vers l’intérieur selon un angle supérieur à 2 degrés afin de faciliter l’extraction des résidus. Dans les moules multi-empreintes, les canaux secondaires relient le canal principal à chaque empreinte et doivent être espacés uniformément ou équilibrés dans le moule. Leur section peut être ronde, semi-circulaire ou rectangulaire, et leur diamètre idéal se situe entre 6 et 9 mm. La surface des canaux doit être polie comme celle des empreintes afin de réduire la résistance à l’écoulement de la matière et d’accélérer le remplissage du moule.

Le puits à froid est une cavité située à l’extrémité du canal primaire et destinée à stocker la matière froide supplémentaire générée entre deux tirs et à l’empêcher d’obstruer la sous-goulotte ou la porte. La matière froide introduite dans la cavité peut également créer rapidement une tension interne du produit. Dans l’idéal, le puits de refroidissement devrait avoir un diamètre de 8 à 10 mm et une profondeur d’environ 6 mm.

Le seuil est le passage qui relie la carotte principale ou le canal secondaire à l’empreinte. Sa section est généralement inférieure à celle du canal ; il constitue la plus petite section du système d’alimentation et doit rester court. Le seuil peut être rectangulaire, circulaire ou d’une autre forme, et ses dimensions dépendent de l’épaisseur du produit. Pour une épaisseur < 4mm, diamètre = 1mm ; pour 4-8mm, diamètre = 1. Pour une épaisseur de paroi inférieure à 8 mm, le diamètre est de 1. 4 mm ; pour une épaisseur comprise entre 8 mm et 4 mm, il est de 2 ; au-dessus de 4mm, il est de 2. 0-2. 7 mm. Le seuil est généralement placé dans la partie la plus épaisse du produit, là où il affecte peu l’esthétique et la fonction, à 90 degrés de la paroi du moule afin d’éliminer les retassures et les marques tourbillonnaires.

Les évents sont des ouvertures en forme de fente dans le moule pour libérer l’air à l’intérieur de la cavité du moule, car son emprisonnement est susceptible de provoquer des défauts tels que des vides, de mauvaises lignes de soudure ou un remplissage incomplet du moule, ainsi que des brûlures au niveau du produit en raison de la compression de l’air qui entraîne une génération de chaleur et, à son tour, provoque le développement de contraintes internes. L’aération peut se faire à l’extrémité de l’écoulement de la matière fondue dans la cavité ou sur la surface de séparation du moule, généralement à une profondeur de 0,15 mm et une largeur de 6 mm.

Conditions de moulage par injection du TPU

Les paramètres de température, pression et durée du moulage par injection du TPU déterminent la plastification, l’écoulement et le refroidissement. Ils influencent directement l’aspect et les performances des pièces. Un procédé correctement réglé produit des pièces homogènes, d’une teinte régulière entre blanc et beige.

Température

Les paramètres qui peuvent être réglés lors du moulage du TPU sont la température du cylindre, la température de la buse et la température du moule. Les deux premiers agissent largement sur la plastification et l’écoulement du TPU, et le troisième sur son écoulement et son taux de refroidissement.

1. Température du fourreau : Elle dépend de la dureté du TPU : plus le matériau est dur, plus sa température de fusion et celle du fourreau sont élevées. La plage habituelle est de 177 à 232 °C. La température augmente progressivement de la trémie vers la buse pour assurer une plastification régulière.

2. Température de la buse : Elle est généralement légèrement inférieure à la température maximale du fourreau afin d’éviter les coulures avec une buse ouverte. Avec une buse à obturation, elle peut être réglée au niveau maximal du fourreau.

3. Température du moule : Elle influence fortement les propriétés et la rugosité des pièces en TPU, selon la cristallinité et les dimensions. Un fluide à température régulée, souvent l’eau, assure le contrôle. Pour le Texin, les plages adaptées sont 20-30°C pour 480A, 30-50°C pour 591A et 40-65°C pour 355D. La plage habituelle du TPU est 10-60°C. Une température trop basse solidifie prématurément la matière, crée des lignes d’écoulement, limite la croissance des sphérulites et entraîne retrait après moulage et variations de performance.

Pression

La pression ou la force dans le moulage par injection comprend la pression de plastification, également appelée contre-pression et pression d’injection. Lors du retrait de la vis, la pression sur le dessus de la matière fondue est la contre-pression, contrôlée par la soupape de décharge. Une contre-pression plus élevée augmente la température de la matière fondue, diminue le taux de plastification, permet d’obtenir de meilleures températures dans la matière fondue, facilite le mélange des colorants et l’élimination des gaz présents dans les matières fondues, mais prolonge le cycle de moulage. Il convient de noter que la contre-pression du TPU varie généralement entre 0,3 et 4 MPa.

L’heure

Le temps nécessaire pour réaliser une injection s’appelle le cycle de moulage. Il comprend le remplissage du moule, son maintien, son refroidissement et d’autres moments (comme l’ouverture du moule, le retrait de la pièce, la fermeture du moule, etc.) ). Il influe sur la quantité de travail effectuée et sur l’utilisation de la machine. Les cycles de moulage du TPU dépendent de la dureté du matériau, de l’épaisseur de la pièce et de sa complexité. Les matériaux plus durs prennent moins de temps, les pièces plus épaisses prennent plus de temps et les pièces compliquées prennent plus de temps. La température du moule influe également sur le cycle. Les cycles de moulage du TPU durent généralement de 20 à 60 secondes.

Post-traitement des pièces

En raison d’une plastification inégale dans le cylindre ou de vitesses de refroidissement différentes dans la cavité du moule, le TPU présente souvent une cristallisation, une orientation et une rétraction inégales, ce qui entraîne des contraintes internes, en particulier dans les pièces à parois épaisses ou les pièces comportant des inserts métalliques. Ces pièces peuvent présenter des propriétés mécaniques réduites, des stries argentées en surface, voire des déformations et des fissures pendant le stockage et l’utilisation. Ces problèmes peuvent être résolus par un recuit des pièces. La température de recuit dépend de la dureté du TPU, une dureté plus élevée nécessitant des températures plus élevées.

Moulage par insertion

Pour répondre aux exigences de résistance à l’assemblage et à l’utilisation, les pièces en TPU ont souvent besoin d’inserts métalliques. Les inserts métalliques sont placés dans le moule à l’endroit voulu, puis le TPU est injecté autour d’eux pour former une seule pièce. Les pièces en TPU dotées d’inserts peuvent présenter des problèmes d’adhérence du TPU au métal, car le métal et le TPU ont des propriétés thermiques différentes et se rétractent à des vitesses différentes. Vous pouvez résoudre ce problème en chauffant les inserts métalliques avant d’y appliquer le TPU, en réduisant la différence de température lorsque vous injectez le TPU, en refroidissant le TPU plus lentement autour du métal, en faisant en sorte que le TPU se rétracte de manière uniforme et en n’exerçant pas trop de pression sur le TPU autour du métal.

Recyclage et réutilisation de la ferraille

Lors de la transformation du TPU, les déchets des principales coulisses, des sous-coulisses et des pièces défectueuses peuvent être recyclés et réutilisés. L’expérience montre que le matériau recyclé 100% sans mélange de nouveaux matériaux ne présente qu’une légère diminution des propriétés mécaniques, ce qui permet de l’utiliser. Pour conserver les meilleures propriétés physiques et mécaniques et les meilleures conditions d’injection, le taux de recyclage recommandé est de 25-30%. Le matériau recyclé doit être du même type et de la même qualité que le matériau neuf, éviter d’utiliser un matériau recyclé contaminé ou recuit, et ne pas stocker le matériau recyclé trop longtemps. Il est préférable de le granuler et de le sécher pour une utilisation immédiate. Le matériau recyclé a généralement une viscosité à l’état fondu plus faible, de sorte que les conditions de moulage doivent être ajustées.

Applications pratiques des TPU dans divers domaines

Les propriétés uniques du TPU ont conduit à une application généralisée dans de nombreux domaines. Voici les principaux domaines d’application et une analyse détaillée :

Industrie automobile

1. Tableaux de bord et panneaux de commande : Grâce à sa souplesse et à sa résistance à l’abrasion, le TPU convient aux pièces d’habitacle. Agréable au toucher, il absorbe l’énergie des impacts et améliore la sécurité. Il atténue aussi bruits et vibrations pour un meilleur confort de conduite.

2. Joints de phares : Ils doivent résister aux intempéries et assurer une étanchéité durable. Le TPU supporte chaleur et froid, empêche l’eau de pluie de pénétrer et prolonge la durée de vie du phare. Sa résistance aux UV prévient dégradation et jaunissement lors d’une exposition prolongée au soleil.

3. Pare-chocs : Le TPU est largement utilisé dans l’automobile, notamment pour les pare-chocs. Son élasticité absorbe une grande quantité d’énergie lors des impacts et protège le véhicule. Son excellente résistance à l’abrasion accroît la durabilité et améliore la sécurité des piétons et des autres véhicules.

Industrie médicale

Le TPU est principalement utilisé dans les appareils médicaux et les articles qui sont utilisés une fois puis jetés dans les domaines médicaux. Il convient donc à la fabrication de cathéters, de tubes de perfusion, de gants chirurgicaux et d’autres articles qui doivent être biocompatibles et facilement stérilisables. Voici quelques applications spécifiques :

1. Cathéters médicaux : Très souples et biocompatibles, ils peuvent rester longtemps dans l’organisme sans réaction. Les cathéters en TPU ne réagissent pas avec les fluides, conservent leur intégrité mécanique dans de nombreuses situations et limitent l’inconfort du patient.

2. Gants chirurgicaux : Souples et résistants, les gants en TPU procurent dextérité et confort aux chirurgiens tout en réduisant la contamination bactérienne. Leur résistance aux perforations et aux produits chimiques les rend plus sûrs et fiables.

3. Tubes de perfusion : Le TPU conserve ses propriétés et ne réagit pas avec les réactifs, ce qui est essentiel à leur fabrication. Les tubes modernes en TPU limitent l’adhérence du sang et des médicaments, réduisant le risque d’infection.

Industrie électronique et électrique

1. Coques de téléphone : Le TPU associe transparence et résistance aux chocs. Il protège les téléphones contre les chutes tout en préservant leur aspect et leur toucher. Sa polyvalence permet de nombreuses couleurs et conceptions.

2. Gaines de câble : Grâce à sa grande résistance à l’abrasion et aux huiles, le TPU est largement utilisé. Il protège les câbles dans des environnements difficiles et prolonge leur durée de vie. Sa souplesse à haute comme à basse température convient au secteur industriel.

Chaussures et textiles

1. Semelles de chaussures de sport : Son élasticité et sa forte résistance à l’abrasion rendent le TPU particulièrement adapté. Les semelles sont légères, robustes et offrent un amorti suffisant, améliorant le confort. Le matériau permet des structures variées selon les exigences de chaque sport.

2. Textiles fonctionnels : Les films TPU, imperméables et respirants, sont largement utilisés pour les sports de plein air et le militaire. Ils conviennent aux conditions sévères et conservent ces propriétés même sous forte humidité et contrainte.

Conclusion

En raison des meilleures propriétés qu’il possède, le TPU est largement utilisé dans l’industrie du moulage par injection. Grâce à l’évolution constante des technologies et à la maîtrise du moulage par injection et de ses problèmes de traitement, les champs d’application du TPU vont encore s’élargir. À l’avenir, la place du TPU dans le processus de moulage par injection deviendra utile, lorsque les nouvelles technologies et la demande des clients augmenteront, en offrant des performances élevées dans différents domaines.

Cette étude des caractéristiques du TPU, de la technologie de moulage par injection, des applications, de la transformation, des problèmes et solutions ainsi que des tendances futures favorisera l’emploi de ce matériau haute performance et ouvrira de nouvelles possibilités. Elle aidera les professionnels à intégrer et utiliser le TPU pour faire progresser le moulage par injection.

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