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RÉSUMÉ
L'injection assistée par gaz est un procédé apparu fin des années 80. Le but premier de ce procédé était de réaliser des gains matières et éventuellement de temps de cycle. Très rapidement, de nombreuses difficultés sont apparues : contraintes juridiques, maîtrise des paramètres du procédé, technologie des injecteurs pour ne citer que les plus fréquentes. En parallèle, des travaux réalisés soit en bureau d'études, soit en laboratoire de recherche ont permis d'élargir le champ d'applications du procédé. Aujourd'hui, de nouveaux procédés sont étudiés, l'injection assistée par eau, mais aussi les procédés d'injection microcellulaire, la bi-injection assistée par gaz ou agents gonflants permettent d'entrevoir de nouvelles possibilités et ainsi compenser les limites de l'injection assistée par gaz.
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Jean-Luc DREYER : Simplast Sarl
INTRODUCTION
Les premières applications de l’injection assistée par gaz (IAG) n’avaient qu’un seul but, économiser de la matière. Mais très rapidement, elles se multiplièrent et, aujourd’hui, l’injection assistée par gaz pourra être utilisée pour :
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améliorer la phase de maintien en pression et diminuer les retassures ;
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diminuer les temps de cycle en assurant un meilleur contact polymère- outillage ;
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augmenter la rigidité en créant un effet tube.
Cette technique de transformation peut être mise en œuvre par différents procédés présentant évidemment des avantages et des inconvénients. Afin de faciliter la compréhension des phénomènes, nous porterons toute notre attention sur le procédé de remplissage partiel, procédé quasi libre de contraintes juridiques. Ce procédé permet de cumuler tous les avantages de l’injection assistée par gaz :
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diminution du poids de la pièce ;
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diminution du temps de cycle, car moins de matière injectée nécessaire ;
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diminution de la force de fermeture pour la même raison ;
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diminution des retassures ; le gaz va pouvoir être guidé dans les zones critiques ;
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augmentation de la rigidité à moment quadratique équivalent ;
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amélioration de l’aspect.
L’injection assistée par gaz est un procédé où toute étape doit être optimisée, de la conception de la pièce au choix de la matière, et de l’optimisation de l’outillage jusqu’au choix de la presse à injecter. Il suffit d’un seul paramètre négligé pour risquer une production aléatoire, voire de mauvaise qualité. Le choix de la matière est primordial, surtout pour les polymères chargés. Choisir la matière générique (ou d’entrée de gamme) pour une pièce technique optimisée conduit souvent vers une impasse. Les défauts d’aspect ont une telle influence que la totalité du projet peut être remise en cause. Ce procédé trouve aujourd’hui une seconde jeunesse, après un démarrage très rapide suivi par une longue période de désillusions. En plus des difficultés techniques s’est greffé un problème de protection industrielle.
Le procédé se démocratise et l’on trouve des applications dans des domaines aussi variés que celui du jouet, de l’électroménager, du médical, du bricolage et de l’ameublement. Il y a encore dix ans, on considérait que le procédé était « réservé » à l’automobile et aux façades de téléviseurs.
Pour de plus amples renseignements, le lecteur pourra se reporter aux dossiers traitant de la modélisation de l’injection dans ce traité.
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- Version courante de oct. 2015 par Jean-Luc DREYER
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4. Principaux paramètres de mise en œuvre
Le procédé d’injection assistée par gaz mis en œuvre avec une ou plusieurs masselottes ne demande aucune compétence particulière, étant donné que le remplissage de la cavité est réalisé de façon parfaitement conventionnelle. Les seuls problèmes que l’on pourrait éventuellement rencontrer se trouvent au niveau des variations de section entre les zones de faible épaisseur et les zones renforcées par la veine de gaz.
La mise en œuvre du procédé de remplissage partiel demande beaucoup plus de rigueur et d’analyse ; nous avons ci-dessous listé les différents paramètres sans leur affecter de poids, étant donné que leur influence varie en fonction de la géométrie de la pièce, tous les autres paramètres ayant une influence plus ou moins « anecdotique » lors de la mise en œuvre.
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Vitesse de l’injection dynamique
En fin d’injection dynamique commence l’insufflation de gaz ; celle-ci provoque la formation d’une bulle et cela à très grande vitesse. La formation de la bulle est réalisée en moins de 0,1 s. S’il existe un écart trop important entre la vitesse du front de matière lors de la phase d’injection dynamique et la vitesse de ce front lors de la phase de soufflage, la matière subira une très forte accélération et un très fort cisaillement, ce qui aura pour conséquence une augmentation de température et une modification de la viscosité. En règle générale, on préconise d’injecter deux fois plus vite qu’en injection classique.
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Pression d’injection du gaz
Dans tous les cas, il est indispensable de travailler avec la pression d’azote la plus faible possible, et cela pour deux raisons :
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l’azote a un coût ;
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la pression donne le niveau d’accélération de la matière.
La première raison est purement économique, l’influence de l’azote sur le coût de la pièce étant directement liée au niveau de pression. Injecter l’azote à 20 bar coûte au moins dix fois moins cher que de l’injecter à 200 bar. Cela est peut-être une évidence, mais demander des modifications de géométrie dans ce but est économiquement indispensable. La conception d’une pièce en injection assistée par gaz demande de la souplesse et, bien souvent, il peut s’avérer indispensable...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AVERY (J.) - Gas assist injection molding, principles and applications. - Hanser (2001).
-
(2) - BATTENFELD - Technique d’injection des années 1990 - , 1990.
-
(3) - KLÖECKNER FERROMATIK - Système Airpress. -
-
(4) - HYDAC – BEFA - Système d’injection et de récupération d’azote. -
-
(5) - Du PONT de NEMOURS - Moulage avec injection de gaz des polymères techniques de Du Pont de Nemours. - Rapport technique TRG 3060.
-
(6) - ECKARDT (H.) - Pression interne de gaz en continu pour injection. - Meinerzhagen, Plast Europe, juin 1993.
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