La thermodynamique dans le moulage par injection : de quoi s’agit-il et pourquoi est-ce important ?
La thermodynamique n’est pas juste un mot sophistiqué, c’est aussi un élément essentiel qui permet de garantir des process efficients et efficaces en matière de moulage par injection. Avant de nous intéresser au rôle clé qu’elle joue, passons en revue quelques définitions pour être sûrs que nous avons tous le même niveau de connaissances.
Quelques définitions
La thermodynamique : branche de la physique qui a trait à la chaleur et à d’autres formes d’énergie.
Conductivité thermique (Tλ) : taux de chaleur qui peut traverser un matériau. Le tableau 2 fournit une liste générale de substances communément utilisées dans le moulage.
Dilatation thermique : aptitude d’un matériau à se dilater à une température donnée.
Chaleur spécifique (Cp) : chaleur requise pour augmenter la température d’une unité de masse d’une substance d’une quantité donnée.
Taux de retrait : indique de combien se rétracte un thermoplastique une fois refroidi.
Quel est le principe de fonctionnement de la thermodynamique ?
La machine se charge de mettre de l’énergie dans le matériau par une rotation de la vis, forçant les granulés à passer d’un état solide à liquide, puis d’inverser le processus dans le moule.
Si trop d’énergie a été mise dans le plastique, le risque de dégradation est élevé. Inversement, s’il n’y a pas assez d’énergie, l’on peut s’attendre à voir des granulés non fondus dans les pièces moulées. Un professionnel du plastique peut changer le nombre de tours/minute de la vis et la contre-pression durant le dosage, ce qui influe sur la quantité d’énergie injectée dans le plastique. Il est cependant bon de savoir que les polymères ne fondent pas tous à la même vitesse et que certains sont très sensibles à la chaleur.
La majorité du cycle de moulage (environ 80 %) est le temps d’attente pour que le plastique atteigne une température suffisamment basse afin de s’assurer qu’il soit suffisamment rigide pour résister aux forces de l’éjection. Le responsable de cette opération n’est autre que le moule.
La conductivité thermique du métal fondu est également essentielle. Les métaux ne transfèrent pas tous la chaleur à la même vitesse, l’acier inoxydable étant un très faible conducteur à l’inverse des alliages de cuivre.
Seulement 40 % environ de l’énergie est libérée par la pièce en raison de la capacité du plastique à transférer la chaleur. À mesure que le cycle progresse, le plastique devient toujours plus isolant, libérant de moins en moins de chaleur.
Qu’en est-il s’il y a trop de chaleur accumulée ?
Si de grands moules atteignent des températures très élevées, des calculs de dilatation thermique doivent être utilisés pour s’assurer que les jeux fonctionnels entre les composants mobiles sont suffisants à la température d’utilisation. En règle générale, plus le moule est grand et plus la température est élevée, plus le risque de problème lié à la dilatation grandit. Si le moule comporte un système à canaux chauds raccordé à un obturateur de seuil, la dilatation thermique à la température de service doit être prise en compte, faute de quoi le moule pourra être sévèrement endommagé.
Comment fonctionne le refroidissement ?
Il est également essentiel de comprendre comment l’énergie est extraite de la pièce moulée. Parmi les méthodes de transfert thermique, il existe celle qui s’appuie sur l’air entourant le moule, une méthode pas très efficace. La chaleur est également évacuée via les circuits de refroidissement (à eau). Il est important d’avoir réussi à obtenir un débit turbulent dans le canal pour une meilleure capacité de l’eau à transférer la chaleur. En calculant le nombre de Reynolds, il est possible de déterminer si l’eau s’écoule de manière laminaire ou turbulente.
Conclusion
La thermodynamique n’est qu’un des six domaines du moulage par injection qu’il vous faut maîtriser pour devenir un pro du plastique. Nous vous invitions à vous familiariser avec ces domaines dans nos derniers articles.