Analyse du comportement thermique et dimensionnel des pièces moulées par injection

• Auteur / Autrice : Youssef Farouq
• Direction : Rémi Deterre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science pour l'ingénieur. Thermique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoplastiques

Thermométrie

Transfert de chaleur

Matières plastiques -- Moulage par injection

Résumé

Les échanges thermiques lors du processus d’injection des matériaux polymères, ont une grande influence sur les propriétés physiques et dimensionnelles des produits moulés. Le manque de connaissance fine du comportement thermique des polymères a limité les avancées technologiques. Une meilleure appréciation de l’état réel de la matière permet d’optimiser les temps de cycle par une ouverture du moule à l’instant opportun. Cette connaissance est indispensable pour améliorer la productivité et la qualité des pièces. A l’éjection, la connaissance du champ thermique permet d’appréhender l’évolution dimensionnelle des pièces plastiques. La prévision des champs thermiques durant le cycle de moulage et après le démoulage ouvre un large champ d’investigation. Dans cette étude, nous analysons le comportement thermique et dimensionnel depuis le remplissage jusqu’au refroidissement complet des pièces moulées en polystyrène et en polypropylène à l’aide d’une mesure in-situ de la température au cœur et en peau de la pièce et une mesure dimensionnelle après la phase d’éjection. Dans le chapitre I, nous présentons les polymères, les phénomènes thermiques intervenant lors du processus d’injection et les défauts des pièces moulées dus au gauchissement et au retrait. Le chapitre II montre le dispositif expérimental utilisé pour la mesure directe de la température durant le cycle de moulage et après démoulage, ainsi que le montage de refroidissement contrôlé pour la mesure dimensionnelle après éjection des pièces moulées. Le chapitre III comporte la description des modèles numériques utilisés dans cette étude. La confrontation entre le calcul et l’expérience permet de valider les hypothèses émises sur les phénomènes thermiques observés expérimentalement durant le procédé d’injection. Les résultats de cette comparaison font l’objet du chapitre IV. Le chapitre V présente les résultats obtenus à l’aide du dispositif permettant la mesure de l’évolution thermique et dimensionnelle des pièces moulées et leur interprétation.

Heat exchange during the polymer injection moulding process, have a great influence on the physical and dimensional properties of the moulded products. Injection technology development is limited by the lack of knowledge of the thermal behavior of polymers. A better appreciation of the real state of the matter makes it possible to optimize the cycle times by an opening of the mould at the convenient moment. This knowledge is essential to improve the productivity and quality of the parts. At the ejection, the knowledge of the thermal field makes it possible to apprehend the dimensional evolution of the plastic parts. The forecast of the thermal fields during the cycle of moulding and after the release from the mould opens a broad field of investigation. In this study, we analyze the thermal and dimensional behavior from the end of filling stage to the complete cooling of the moulded parts of polystyrene and polypropylene using a in-situ measurement of the temperature in the depth and at the surface of the part and a dimensional measurement after the ejection phase. In chapter I, we present the thermal phenomena occuring in the injection process and the defects of moulded parts due to warping and the shrinkage. Chapter II shows the experimental device used for the direct measurement of the temperature during the moulding cycle and after release from the mould, as well as the dimensional measurement during the cooling phase out of the mould. Chapter III deals with the description of the thermal models used in this study. Confrontation between calculation and the experiment makes it possible to validate the assumptions emitted on the thermal phenomena observed in experiments during the process of injection. The results of this comparison are covered in chapter IV. The chapter V presents the results obtained using the device allowing the measurement of the thermal and dimensional evolution of the injected parts and their interpretation.