Quel est le procédé de moulage par injection du TPU ?

Le moulage par injection du TPU est l’une des techniques de fabrication les plus utiles pour produire en série des pièces flexibles, durables et résistantes à l’usure. Le polyuréthane thermoplastique (TPU) occupe une position unique entre les plastiques rigides et les caoutchoucs souples, permettant aux ingénieurs de créer des pièces combinant élasticité et résistance structurelle — une association rare. Des coques de téléphone et bracelets de montre aux bagues automobiles, tubes médicaux et bandes transporteuses industrielles, le moulage par injection du TPU alimente presque tous les grands secteurs manufacturiers.

Le moulage par injection de TPU chauffe et injecte des granulés de TPU dans des moules pour créer des pièces souples et élastiques, couramment utilisées dans la chaussure, l’automobile et l’électronique.

Ce bref aperçu présente les principales étapes du moulage par injection du TPU, mais la maîtrise des subtilités du procédé peut nettement améliorer les performances du produit et l’efficacité de fabrication. Approfondissez le sujet pour comprendre comment une conception précise du moule et l’optimisation du procédé peuvent améliorer vos résultats. Pour acquérir les bases, consultez notre guide complet du moulage par injection.

Qu’est-ce que le matériau TPU ?

TPU signifie caoutchouc élastomère thermoplastique de polyuréthane. Ce n’est pas un textile au sens traditionnel, et encore moins du cuir. Le TPU pallie de nombreux défauts du PVC, du cuir PU et du revêtement PU, et a permis des avancées majeures dans l’application des tissus imperméables et respirants.

Le TPU possède non seulement la plupart des caractéristiques du caoutchouc et des plastiques ordinaires, mais aussi d’excellentes propriétés physiques et chimiques globales. Ce nouveau matériau polymère écologique se situe entre le caoutchouc et le plastique. Il associe la souplesse du caoutchouc à la dureté d’un plastique rigide.

Quelles sont les principales caractéristiques des matériaux TPU ?

Cette section présente les principales caractéristiques des matériaux TPU. Ceux-ci offrent une grande élasticité, une excellente résistance à l’abrasion et une bonne souplesse sur une large plage de températures. Ils conviennent ainsi aux chaussures, aux dispositifs médicaux — notamment les tubes et boîtiers conformes aux normes de biocompatibilité ISO 10993¹ — et aux pièces automobiles utilisées dans des environnements exigeants.

Large gamme de dureté

En modifiant la proportion de chaque composant réactif du TPU, on obtient des produits présentant différents niveaux de dureté Shore². Même lorsque la dureté augmente, ils conservent une bonne élasticité et une bonne résistance à l’usure. La rigidité du TPU peut être mesurée par son module d’élasticité.

Le module d’élasticité du caoutchouc est généralement de 1~10Mpa, celui du TPU de 10~1000Mpa et celui des plastiques tels que le nylon, l’ABS, le PC et le POM de 1000~10000Mpa.

Résistance exceptionnelle au froid

Le TPU possède une faible température de transition vitreuse du TPU³ et reste élastique et souple même à −35 °C. Sans plastifiant, il conserve sa souplesse sur une large plage de températures, de −40 à 120 °C.

Résistant à l’huile, à l’eau, aux produits chimiques et à la moisissure

Le TPU résiste bien aux huiles (huiles minérales, animales et végétales, et lubrifiants) et à de nombreux solvants. Sa résistance aux huiles est supérieure à celle du caoutchouc nitrile et sa durée de vie en milieu huileux est excellente.

Sa valeur d’usure de Taber est de 0,5-0,35 mg, ce qui est la plus faible parmi les plastiques. L’ajout de MoS2, d’huile de silicone, de graphite, etc. permet de réduire le coefficient de frottement et d’améliorer la résistance à l’usure.

Résistance à la traction et allongement : le TPU présente une résistance à la traction 2-3 fois supérieure à celle du caoutchouc naturel et synthétique. La résistance à la traction du TPU polyester approche 60MPa et son allongement 410%. Celle du TPU polyéther est de 50MPa et son allongement est >30%.

Quelles sont les conditions du processus de moulage par injection de Tpu ?

Température

Les températures à contrôler lors du moulage du TPU sont celles du fourreau, de la buse et du moule. Les deux premières influent principalement sur la plastification et l’écoulement du TPU, tandis que la dernière agit sur son écoulement et son refroidissement. Pour en savoir plus, consultez notre guide de conception des moules d’injection.

Température du fourreau : le choix de la température du fourreau dépend de la dureté du TPU. Un TPU plus dur présente une température de fusion plus élevée et exige une température maximale plus forte à l’extrémité du fourreau. La plage utilisée pour transformer le TPU est de 177 à 232 °C. La température augmente généralement de façon progressive depuis la trémie, à l’arrière, jusqu’à la buse, à l’avant, afin que le TPU chauffe régulièrement et se plastifie uniformément.

Température de la buse : elle est généralement légèrement inférieure à la température maximale du fourreau afin d’empêcher la matière fondue de s’écouler d’une buse ouverte.

**Température du moule :**La température du moule est essentielle aux performances intrinsèques et à la qualité d’aspect des produits en TPU. Elle dépend de nombreux facteurs, notamment la cristallinité du TPU et la taille du produit. Elle est généralement régulée par un fluide de refroidissement à température constante, comme l’eau.

La température du moule pour les produits en TPU est généralement de 10~60℃.Lorsque la température du moule est basse, la matière fondue se fige prématurément et forme des lignes d’écoulement, ce qui entrave la croissance des sphérulites, réduit la cristallinité du produit et entraîne une cristallisation tardive à l’origine d’un post-retrait et de variations de performances.

Pression

La pression du processus de moulage par injection comprend la pression de plastification (contre-pression) et la pression d’injection. Lorsque la vis recule, la pression exercée sur la matière fondue en tête correspond à la contre-pression, réglée par la soupape de décharge.

L’augmentation de la contre-pression permet d’augmenter la température de fusion, de réduire la vitesse de plastification, d’uniformiser la température de fusion, de mélanger les colorants de manière homogène et d’évacuer le gaz de fusion, mais elle prolonge le cycle de moulage. La contre-pression du TPU est généralement de 0,3~4MPa.

La pression d’injection est la pression exercée par l’extrémité de la vis sur le TPU. Elle sert à vaincre la résistance à l’écoulement du TPU du fourreau vers l’empreinte, à accélérer le remplissage de matière fondue et à compacter celle-ci.

En d’autres termes, la viscosité de la matière fondue dépend de la température et de la pression, ainsi que de la dureté du TPU et de la vitesse de déformation. Plus le taux de cisaillement est élevé, plus la viscosité diminue. À taux de cisaillement constant, plus le TPU est dur, plus sa viscosité est élevée.

À taux de cisaillement constant, la viscosité diminue lorsque la température augmente ; toutefois, à fort cisaillement, la température l’influence moins qu’à faible cisaillement. La pression d’injection du TPU est généralement de 20~110MPa.

L’heure

Le temps nécessaire pour réaliser une injection s’appelle le cycle de moulage. Le cycle de moulage comprend le temps nécessaire pour remplir le moule, le temps nécessaire pour maintenir le moule, le temps nécessaire pour refroidir le moule et d’autres temps (comme le temps nécessaire pour ouvrir le moule, démouler la pièce et fermer le moule), qui ont tous une incidence sur la quantité de travail que vous pouvez effectuer et sur l’utilisation que vous pouvez faire de votre équipement.

Le cycle de moulage du TPU dépend généralement de sa dureté, de l’épaisseur et de la forme de la pièce. Il est court pour un TPU dur, long pour les pièces épaisses et long pour les pièces aux formes complexes.

Vitesse d’injection

La vitesse d’injection est principalement déterminée par la configuration des produits TPU. Les produits dont les extrémités sont épaisses requièrent des vitesses d’injection plus faibles, tandis que les produits dont les extrémités sont fines requièrent des vitesses d’injection plus élevées.

Vitesse de la vis

Lorsque vous traitez des produits TPU, vous devez utiliser un faible taux de cisaillement, et donc une vitesse de vis plus faible. La vitesse de la vis du TPU est généralement de 20~80r/min, et 20~40r/min est préférable.

Traitement des arrêts

Étant donné que le TPU peut se dégrader après avoir été exposé à des températures élevées pendant une longue période, il doit être nettoyé avec du PS, du PE, des plastiques acryliques ou de l’ABS après l’arrêt ; si l’arrêt dure plus d’une heure, le chauffage doit être éteint.

Post-traitement des produits

Le TPU présente souvent une cristallisation, une orientation et une rétraction inégales en raison d’une plastification inégale dans le cylindre ou de vitesses de refroidissement différentes dans la cavité du moule. Il en résulte des contraintes internes dans le produit, qui sont plus marquées dans les produits à parois épaisses ou les produits comportant des inserts métalliques.

Les produits soumis à des contraintes internes présentent souvent une dégradation de leurs propriétés mécaniques pendant le stockage et l’utilisation, des stries argentées en surface, voire des déformations et des fissures. Pour résoudre ces problèmes en production, il faut recuire le produit. La température de recuit dépend de la dureté du produit en TPU.

La température de recuit des produits à dureté élevée est également élevée, et la température de recuit des produits à faible dureté est également basse. Une température trop élevée peut entraîner le gauchissement ou la déformation du produit, et une température trop basse ne permet pas d’atteindre l’objectif d’élimination des tensions internes.

Recyclage des matériaux recyclés

Dans le processus de transformation du TPU, les déchets tels que les canaux, les carottes et les pièces non conformes peuvent être recyclés et réutilisés. D’après les résultats des tests, les matériaux recyclés 100% sans être mélangés à de nouveaux matériaux ne réduisent pas de manière significative les propriétés mécaniques et peuvent être pleinement utilisés.

Quelles sont les précautions à prendre dans le processus de moulage par injection des matériaux TPU ?

Séchage des matériaux

Comme le TPU absorbe facilement l’humidité et s’hydrolyse facilement, un séchage insuffisant de la matière première TPU entraîne rapidement des difficultés de transformation.

Si une poudre de carbone ou un masterbatch sert à la coloration, il doit être entièrement mélangé au TPU naturel puis séché avec lui. Un sécheur à air circulant ou déshumidificateur est généralement utilisé.

Traitement des matériaux recyclés

Les matériaux des buses, les matériaux des machines à laver ou les mauvais produits finaux peuvent être broyés et mélangés à de nouveaux matériaux, mais ils doivent être séchés à nouveau avant d’être utilisés. En raison de certaines exigences physiques mécaniques, les matériaux recyclés ne peuvent pas être utilisés dans les processus de moulage par injection.

Plus de 30% de toutes les matières premières. Les matériaux recyclés extrudés doivent être traités séparément ou ajoutés aux nouveaux matériaux de moulage par injection. Les matériaux recyclés ne doivent pas non plus être stockés trop longtemps. Utiliser des plateaux secs. Les déchets qui ne peuvent pas être recyclés peuvent être incinérés pour obtenir de la chaleur.

Contrôle de la vitesse et de la pression d’injection

La vitesse et la pression d’injection déterminent la qualité de l’écoulement du TPU et le remplissage du moule. Si elles sont trop élevées, le matériau peut se dégrader ou former des bulles.

Contrôle de la température du moule

Une température de moule trop élevée peut toutefois surchauffer et décomposer le matériau, ou former des bulles. Une température trop basse peut provoquer des traces d’écoulement à froid ou des marques de retrait à la surface du produit.

Éviter les échauffements et les cisaillements excessifs

Une chaleur excessive et des taux de cisaillement élevés peuvent dégrader le TPU pendant la transformation, entraînant décoloration, formation de gaz et perte permanente des propriétés mécaniques. Maintenez les températures du fourreau dans la plage recommandée pour votre grade de TPU et évitez les temps de séjour prolongés. Si la machine doit rester inactive plus de quelques minutes, réduisez les températures de consigne ou purgez le fourreau avec une matière compatible comme le polyéthylène afin d’éviter la dégradation thermique.

Maintenir un environnement de moulage par injection propre

La propreté de l’environnement de moulage par injection est très importante pour la qualité du moulage par injection des matériaux TPU. S’il y a des impuretés et des taches d’huile, elles peuvent adhérer à la surface du moule ou se mélanger au matériau, ce qui entraînera des défauts à la surface du produit ou une dégradation des performances.

Quel est le processus de moulage par injection du matériau TPU ?

Préparation du matériel

Avant de mouler par injection des granulés de tpu, il faut les préparer : séchage, préchauffage et mélange. Le séchage élimine l’humidité afin d’éviter bulles et fissures pendant l’injection.

Conception des moules

Lors de la conception d’un moule d’injection pour le matériau TPU, des facteurs tels que la fluidité du matériau, le retrait et le démoulage du produit doivent être pris en compte. Une conception raisonnable du moule peut réduire efficacement le taux de défauts du produit et améliorer l’efficacité de la production.

Sélection des machines de moulage par injection

Le choix de la bonne presse à injecter est essentiel à la stabilité du procédé d’injection du TPU et à la qualité du produit.

Paramétrage du processus de moulage par injection

La définition des paramètres du processus de moulage par injection est essentielle pour garantir la qualité du moulage par injection du matériau TPU. Ces paramètres comprennent la pression d’injection, la vitesse d’injection, le temps de maintien, la température du moule, etc.

En réglant correctement les paramètres du processus, vous pouvez vous assurer que le matériau TPU s’écoule et remplit complètement le moule pendant le processus de moulage par injection, tout en évitant des défauts comme des bulles et des trous de retrait.

Post-traitement des produits

Après le moulage par injection, les produits TPU doivent être traités pour éliminer les tensions internes, améliorer la stabilité dimensionnelle et la qualité de la surface. Les méthodes de post-traitement les plus courantes sont le traitement thermique, le refroidissement et le traitement de surface.

Le traitement thermique permet d’éliminer les contraintes internes générées par le produit au cours du processus de moulage par injection et d’améliorer sa stabilité dimensionnelle. Le refroidissement permet une mise en forme rapide du produit et réduit les déformations. Le traitement de surface permet d’améliorer l’aspect et les performances du produit.

Quels sont les défauts du processus de moulage par injection des matériaux TPU ?

Le produit présente des fissures

Les fissures sont fatales pour les produits en TPU, apparaissant généralement sous forme de microfissures à la surface du produit. Lorsque le produit présente des arêtes et des coins vifs, il se fissure souvent à cet endroit, ce qui est très dangereux pour le produit.

Pour éviter les fissures dues à un mauvais démoulage, la cavité du moule doit avoir une pente de démoulage suffisante et la taille, la position et la forme de la broche d’éjection doivent être appropriées. Lors de l’éjection, la résistance au démoulage de chaque partie du produit doit être uniforme.

Le sur-remplissage se produit lorsque l’on injecte trop de plastique dans le moule. Cela peut être causé par une pression d’injection trop élevée ou une quantité de matériau dosée excessive.

Lorsque vous remplissez trop le moule, vous augmentez également la pression sur les composants du moule, ce qui rend plus difficile le démoulage de la pièce et provoque des fissures (voire des cassures). Lorsque vous constatez ce phénomène, vous devez réduire la pression d’injection pour mettre fin au surremplissage.

La contrainte interne due au débordement reste généralement dans la zone de l’opercule. La zone proche de l’opercule est fragile, en particulier la zone directe de l’opercule, et elle se casse à cause de la contrainte interne.

Mauvaise brillance de la surface des produits

Un mauvais brillant de surface est généralement causé par un polissage insuffisant de la surface du moule. Lorsque l’état de surface de la cavité du moule est bon, augmenter la température du matériau et du moule peut améliorer le brillant de surface du produit.

En outre, si le matériau absorbe de l’humidité ou est contaminé par des substances volatiles ou des matières étrangères, cela peut entraîner une mauvaise brillance de la surface. Il convient donc de prêter attention aux facteurs liés au moule et aux matériaux.

Le produit présente des bavures

Les produits en TPU présentent souvent des bavures. Lorsque la pression de la matière première dans la cavité du moule est trop importante, la force de séparation générée est supérieure à la force de serrage, ce qui force le moule à s’ouvrir, entraînant le débordement de la matière première et la formation de bavures.

Les bavures peuvent avoir de nombreuses causes, telles que des problèmes avec les matières premières, des problèmes avec la machine de moulage par injection, un mauvais réglage ou même le moule lui-même. Par conséquent, lorsque vous déterminez la cause des bavures, procédez du plus facile au plus difficile.

Vérifier si les matières premières sont bien séchées, si des corps étrangers y sont mélangés, si différents types de matières premières sont mélangés et l’influence de la viscosité des matières premières.

régler correctement le système de contrôle de la pression de la machine de moulage par injection et le réglage de la vitesse d’injection doit être coordonné avec la force de fermeture utilisée ; si certaines parties du moule sont usées, si les trous d’évacuation sont bloqués et si la conception du canal d’écoulement est raisonnable.

s’il y a un écart de parallélisme entre les gabarits de la machine de moulage par injection, si la répartition de la force du tirant du gabarit est uniforme et si la bague de contrôle de la vis et le cylindre de fusion sont usés.

Remplissage insuffisant des produits

Lorsque la matière en fusion ne s’écoule pas dans tous les coins du moule, on parle de remplissage insuffisant. Il y a plusieurs raisons à cela : les conditions de moulage ne sont pas bonnes, le moule n’est pas bien conçu ou fabriqué, le produit comporte des parties épaisses et des parties minces, etc.

Pour corriger cela, vous pouvez augmenter la température du matériau et du moule, augmenter la pression et la vitesse d’injection, et améliorer l’écoulement du matériau. Vous pouvez également agrandir le canal d’écoulement ou le conduit, ou modifier la position, la taille ou le nombre de la porte d’injection pour améliorer l’écoulement du matériau.

Déformation du produit

Le gauchissement et la déformation des produits moulés par injection de TPU s’expliquent par un temps de refroidissement et de façonnage trop court, une température du moule trop élevée et irrégulière et un système de canaux d’écoulement asymétrique.

Par conséquent, lors de la conception du moule, essayez d’éviter une trop grande différence d’épaisseur dans la même pièce en plastique ; évitez les angles aigus excessifs ; évitez une zone tampon trop courte, de sorte que les tours d’épaisseur diffèrent fortement ; en outre, veillez à définir le nombre approprié d’éjecteurs et à concevoir un canal de refroidissement de la cavité raisonnable.

Si vous évaluez des fournisseurs de moulage par injection du TPU pour votre prochain projet, notre guide de sélection des fournisseurs de moulage par injection propose une méthode pratique pour comparer leurs capacités, leurs délais et leurs tarifs.

Quelles sont les questions fréquemment posées concernant le moulage par injection de TPU ?

À quelle température le TPU doit-il être moulé par injection ?

Le TPU est généralement moulé par injection à des températures de fourreau de 190–230°C, le moule étant maintenu entre 10–60°C. Les réglages exacts dépendent toutefois fortement de la dureté Shore du grade de TPU transformé. Les grades de TPU plus durs exigent des températures de fourreau supérieures pour assurer un bon écoulement de la matière fondue, tandis que les grades plus souples se transforment efficacement à des températures inférieures. La température de la buse doit généralement être réglée légèrement en dessous de la température maximale du fourreau afin d’éviter un écoulement prématuré. Consultez toujours la fiche technique du fabricant pour connaître la fenêtre de transformation propre au grade.

Le TPU doit-il être séché avant le moulage par injection ?

Oui, le TPU doit être soigneusement séché avant le moulage par injection pour éviter les défauts de surface et garantir des performances mécaniques constantes dans les pièces finies. Les conditions de séchage recommandées sont de 80 à 110 °C pendant 2 à 3 heures en utilisant une trémie sécheuse déshumidifiante, pour ramener la teneur en humidité en dessous de 0,11 % en poids. Une humidité résiduelle supérieure à ce seuil provoque des stries argentées, des bulles de surface et une dégradation significative des propriétés mécaniques, notamment une réduction de la résistance à la traction et de l’allongement à la rupture. Les TPU à base d’ester ont tendance à absorber plus d’humidité que les grades à base d’éther et peuvent nécessiter des cycles de séchage prolongés. Vérifiez toujours la sécheresse avec un analyseur d’humidité avant de charger le matériau dans la trémie.

Quelle est la différence entre le TPU à base d’ester et le TPU à base d’éther pour le moulage par injection ?

Le TPU à base d’ester offre une résistance mécanique supérieure, une excellente résistance à l’abrasion et aux huiles, ce qui en fait le choix privilégié pour les applications exigeantes telles que les courroies transporteuses industrielles, les joints hydrauliques et les semelles de chaussures de sport. Cependant, les grades à base d’ester sont plus sensibles à l’hydrolyse dans des environnements humides ou mouillés avec le temps. Le TPU à base d’éther offre une excellente résistance à l’hydrolyse, une meilleure flexibilité à basse température jusqu’à −40 °C et une résistance microbienne intrinsèque, ce qui en fait le choix standard pour les tubes médicaux, les gaines de câbles extérieures et les équipements de sports aquatiques. Les deux types se traitent de manière similaire sur les machines de moulage par injection standard, mais les exigences de séchage et les profils de température de fusion optimaux peuvent différer selon les grades.

Quelles sont les causes du gauchissement dans les pièces moulées par injection en TPU ?

Le gauchissement dans les pièces moulées par injection en TPU est principalement causé par un refroidissement inégal de la pièce, un temps de refroidissement insuffisant avant l’éjection, ou des températures de surface du moule incohérentes entre les demi-parties noyau et empreinte. D’autres facteurs contributifs incluent une pression d’injection excessive combinée à une basse température de moule, et des géométries de pièce avec des variations importantes d’épaisseur de paroi. Les contre-mesures les plus efficaces sont l’allongement du cycle de refroidissement, l’assurance d’une température de moule uniforme grâce à une conception équilibrée des canaux de refroidissement, et la réduction de l’écart de température entre le noyau et l’empreinte à moins de 5 °C.

Le TPU peut-il être surmoulé sur d’autres matériaux ?

Oui, le TPU est l’un des matériaux les plus couramment surmoulés et adhère bien aux substrats, y compris l’ABS, le PC, le PA et les inserts métalliques, lorsque les conditions de traitement appropriées sont respectées. Un surmoulage réussi nécessite une température de fusion adéquate pour la liaison chimique, des surfaces de substrat propres et une chimie des matériaux compatible entre le TPU et le substrat. Le moulage à deux composants est la méthode de production la plus efficace, largement utilisée pour les poignées d’électronique grand public, les manches d’outils électriques et les composants intérieurs automobiles où une surface douce au toucher est nécessaire sur une structure rigide.

Comment maîtriser le moulage par injection du TPU pour obtenir de meilleurs produits ?

Le processus de moulage par injection des matériaux TPU est une technologie complexe et délicate qui nécessite une prise en compte globale de multiples facteurs tels que les propriétés des matériaux, la conception du moule, le choix de la machine de moulage par injection et le réglage des paramètres de processus.

En contrôlant avec précision les liens clés et les points techniques du processus de moulage par injection, nous pouvons fabriquer des produits TPU de haute qualité et de haute précision. À l’avenir, avec l’amélioration continue des performances du matériau TPU et l’innovation continue de la technologie de moulage par injection, nous avons des raisons de croire que la technologie de moulage par injection du matériau TPU sera largement utilisée dans davantage de domaines et favorisera le développement durable des industries connexes.