Polymères allégés en injection

Les mousses de polymères sont une classe de matériaux cellulaires qui sont composés d’une phase polymère solide et d’une phase gazeuse dispersée. Ils sont avantageux par rapport aux matériaux massifs en raison de leur poids léger, de leur excellente capacité d’absorption d’énergie et aussi d’un bon comportement d’isolation. Aujourd’hui, nous sommes confrontés à l’utilisation de mousses polymériques dans la vie quotidienne et cela nécessite l’optimisation de leurs procédés d’élaboration et l’investigation des relations structure-propriétés.

Le principal paramètre pour définir ce type de matériaux est leur densité relative (le rapport entre la masse volumique du polymère expansé et celle du polymère solide). On parle de mousses de basse densité si la densité relative est inférieure à 0,40 ou de mousses de haute densité si la densité relative est entre 0,40 et 0,70. Les mousses de haute densité sont aussi appelés « polymères allégés ».

Les polymères allégés sont devenus des produits importants, spécialement dans le secteur automobile. Les pièces injectées combinent l’allégement de poids avec des qualités mécaniques satisfaisantes comme la rigidité et la résistance au choc.

Pour cette raison, les procédés de production des polymères allégés en injection ont beaucoup évolué dans les dernières années. Ils peuvent être réalisés par voie chimique, avec l’utilisation d’agents gonflants, ou par voie physique, par injection directe de gaz dans le système vis/fourreau. En général, l’obtention de pièces injectées en polymère allégé comprend les étapes suivantes :

• le choix des polymères et/ou mélanges de polymères ;

• le choix du procédé de moussage (par voie chimique ou physique) ;

• la définition des conditions d’injection (pression hydraulique, profil de température de la vis, vitesse d’injection, etc.) ;

• l’utilisation des techniques innovantes pour contrôler l’expansion (ouverture de moule, contre-pression de gaz à l’intérieur du moule, etc.) ;

• la détermination des propriétés des matériaux obtenus et l’optimisation du procédé.

Le présent article est consacré à l’étude de l’obtention des polymères allégés en injection, principalement le polypropylène. L’article commence par une introduction des caractéristiques les plus importantes des mousses polymériques et par une description des procédés d’injection moussage, par voie chimique et voie physique. Les procédés de contrôle du moussage comme l’ouverture partielle du moule, appelée « core-back » en anglais, et la pressurisation de la cavité avant injection sont étudiés. Une analyse des interactions gaz-polymère (diffusion, nucléation, plastification, croissance, gonflage, etc.), permet de comprendre la physique du procédé, avec l’appui d’un modèle simple de croissance des bulles. Enfin, quelques propriétés mécaniques sont analysées et plusieurs pistes d’investigation seront proposées pour avancer dans la maîtrise de ce type de matériau innovant.