Moulage par injection d'acétal

Moulage par injection d'acétal ou Moulage par injection POM les pièces fabriquées en polyoxyméthylène (POM), un matériau thermoplastique hautement transformé. Le POM peut se présenter sous forme d'acétal homopolymère ou copolymère. L'acétal homopolymère présente une résistance élevée en raison de sa structure cristalline. Cependant, il peut poser des problèmes en raison de son point de fusion très spécifique. L'acétal copolymère est plus facile à mouler en raison de la plus grande fenêtre de traitement. Il est moins résistant mécaniquement que le matériau précédent car sa structure cristalline est moins ordonnée.

Certains fournisseurs renommés proposent des acétals copolymères. DuPont, fournisseur de matériaux réputé, ne propose que du Delrin®, un homopolymère aux propriétés améliorées. Les qualités de Delrin® sont classées en fonction de leur solidité, de leur rigidité, de leur viscosité et de leur résistance. Il est compatible avec le moulage par injection et l'usinage CNC. Les produits/pièces moulées en acétal sont utilisés de manière vitale dans les secteurs de l'automobile, de la médecine et de la manipulation des fluides.

Cet article se concentre principalement sur le moulage par injection du plastique acétal, les propriétés du POM, les avantages et les directives de conception pour la fabrication de pièces en POM. En outre, nous fournirons un guide de conception du moulage par injection, certaines suggestions et recommandations pour des résultats optimaux pour votre projet de moulage par injection de l'acétal.

Qu'est-ce que l'acétal ?

L'acétal, également connu sous le nom de polyoxyméthylène (POM), est un thermoplastique résistant et très performant. Il s'agit d'un matériau semi-cristallin, couramment utilisé dans les applications d'ingénierie. Les polymères acétaliques sont formés par la liaison de longues chaînes de formule moléculaire CH2O. Certains monomères copolymères sont également incorporés pour apporter une fonctionnalité supplémentaire. Selon la structure, l'acétal peut être un homopolymère ou un copolymère.

L'acétal homopolymère le plus connu est le DuPont™ Delrin®. Les plastiques acétaliques ont une résistance et une rigidité élevées, ce qui les rend idéaux pour les applications qui nécessitent une grande résistance mais une faible flexion. Ces plastiques présentent également une faible friction et des taux d'usure élevés. Grâce à sa faible absorption d'eau, l'acétal possède une excellente résistance aux variations dimensionnelles. Pour ces raisons, l'acétal est utilisé à la place des métaux pour de nombreuses applications.

Propriétés des matériaux acétal/POM

Tableau : Propriétés de différents grades d'acétal

Propriété	Delrin® 100 BK602	Duracon® M90-44	Celcon® M90	Kepital® F20-03	Hostaform® C9021
Physique
Densité (g/cm³)	1.42	1.41	1.41	1.41	1.41
Taux de rétraction (%)	1.9-2.2	2.1-2.3	1.9-2.2	2.0	1.8-2.0
Dureté Rockwell	120 R	80 M	NA	NA	NA
Mécanique
Résistance à la traction (MPa)	72	62	66	65	64
Allongement au rendement (%)	23	35	10	10	9
Module de flexion (GPa)	2.9	2.5	2.55	2.55	NA
Résistance à la flexion (MPa)	NA	87	NA	87	NA
Moulage par injection
Température de séchage (°C)	80-100	NA	80-100	80-100	120-140
Temps de séchage (heures)	2-4	NA	3	3-4	3-4
Température de fusion (°C)	215	200	205	180-210	190-210
Température du moule (°C)	80-100	80	90	60-80	85

Le tableau ci-dessus présente les noms commerciaux de POM mentionnés ci-dessus ainsi que leurs propriétés. L'homopolymère Delrin® 100 présente la résistance à la traction la plus élevée en raison d'un degré de cristallinité plus élevé dans le polymère. Le POM se caractérise par une très bonne résistance à la traction et à la flexion, mais par un taux de rétrécissement élevé. Selon les exigences de l'application, certains grades de POM peuvent contenir des charges pour améliorer la résistance, la corrosion ou la résistance aux UV.

Avantages du moulage par injection de POM

L'acétal présente des performances élevées et des caractéristiques techniques intéressantes. Ce matériau offre une grande résistance à la fatigue et au fluage lorsqu'il est soumis à des contraintes. Sa résistance mécanique élevée le rend optimal pour différents secteurs exigeant de la précision, comme l'aérospatiale et l'automobile. La faible friction permet au POM d'avoir un très faible niveau d'usure sur une longue période. En outre, l'acétal ne rouille pas, ne se corrode pas et peut fonctionner à des températures élevées.

Résistance à la fatigue

Les pièces moulées par injection en acétal présentent de bonnes caractéristiques de performance lorsqu'elles sont soumises à des cycles de contrainte répétitifs. Il est plus approprié dans les situations où la charge supportée est constante, comme dans le cas des engrenages. Ainsi, l'homopolymère POM offre une meilleure résistance à la fatigue que les copolymères. Ces caractéristiques particulières permettent d'obtenir une fiabilité à long terme dans des conditions de contraintes élevées. La résistance à la fatigue permet d'utiliser le POM dans des applications où des pièces mécaniques sont souhaitées.

Résistance au fluage

Les pièces moulées en POM présentent une stabilité dimensionnelle lorsqu'elles sont soumises à des charges mécaniques à long terme. Il a une très faible tendance à la déformation permanente, même lorsqu'il est soumis à une contrainte constante. Cette caractéristique permet au POM d'être utilisé dans des applications porteuses. L'absence de fluage du matériau le rend également idéal pour les applications structurelles. Il s'agit d'un domaine très fiable de la performance sous pression du POM.

Haute résistance

Les pièces moulées par injection en POM présentent les meilleures caractéristiques de traction et de flexion. Ce matériau offre la rigidité nécessaire aux pièces mécaniques de haute performance. Les versions homopolymères du POM présentent une résistance encore plus grande que les copolymères. Les convoyeurs et les composants liés à la sécurité figurent parmi les utilisations les plus courantes. Les caractéristiques mécaniques du POM sont assez polyvalentes pour permettre diverses applications.

Faible friction

Le faible coefficient de frottement du POM réduit l'usure des éléments coulissants. Ce matériau convient parfaitement à une utilisation dans des domaines où les mouvements varient peu. Il nécessite un entretien minimal en raison de sa tendance naturelle à réduire le frottement : Cette capacité du POM à résister à l'abrasion prolonge la durée de vie des pièces moulées. C'est pourquoi il est souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire de réduire les frottements.

Sécurité alimentaire

Le matériau POM avancé de qualité alimentaire répond aux normes de sécurité applicables aux produits en contact avec les aliments. Le POM peut également être utilisé par les fabricants de machines et d'équipements de transformation des aliments. Il est conforme à la FDA, à l'USDA et à toutes les exigences légales et réglementaires en matière de sécurité. En raison de sa non-toxicité, le POM est bien adapté à ces secteurs. Les pièces moulées par injection en acétal sont largement utilisées dans les équipements de transformation des aliments en raison de leur fiabilité et de leur sûreté de fonctionnement.

Stabilité dimensionnelle

Les produits moulés par injection en acétal présentent des dimensions précises une fois qu'ils ont refroidi après le processus de moulage. Pendant le moulage, son taux de rétrécissement est relativement élevé, mais il reste presque uniforme par la suite. La stabilité dimensionnelle est importante dans des secteurs tels que l'automobile et l'électronique. Les pièces moulées par injection en POM restent dimensionnellement stables en cas d'application mécanique et de pression. Cette caractéristique est une condition préalable pour les composants de précision.

Résistance à la corrosion

Le POM est relativement insensible à la plupart des agents chimiques tels que les carburants et les solvants. Il est préférable de l'utiliser dans les endroits susceptibles d'entrer en contact avec des produits chimiques. Par exemple, les réservoirs de stockage cylindriques. Cependant, le matériau est affecté par les acides forts et les bases. Le POM résiste bien aux attaques chimiques et constitue donc le matériau idéal pour la gestion des fluides. Il présente également une bonne résistance chimique stable et une longue durée de vie dans des conditions difficiles.

Résistance à la chaleur

Le POM est capable de résister à des températures élevées, jusqu'à 105°C. Les grades homopolymères résistent à des coups de chaleur plus élevés que les copolymères. Cette propriété est cruciale pour les composants exposés à des températures variables. Grâce à cette caractéristique, le POM peut être utilisé dans l'industrie en raison de sa tolérance aux températures élevées. Le choix judicieux des matériaux utilisés permet de résister aux climats thermiques. Pour plastique haute température pgae pour en savoir plus sur les matériaux à haute température.

Considérations clés dans la conception du moulage par injection de POM

Moulage par injection d'acétal préfère utiliser des moules en acier inoxydable. Le matériau utilisé a un effet corrosif. Les moules utilisés doivent donc être solides et résistants. Le retrait élevé exige une conception minutieuse des moules afin d'obtenir des pièces précises. Le POM est largement utilisé dans les pièces automobiles, industrielles et médicales. Le moulage doit donc être effectué de la bonne manière et, dans ce cas, il garantira un degré élevé de précision et de qualité. Il est important de prendre en compte certaines caractéristiques lors de la conception du moulage par injection du POM.

L'épaisseur de la paroi doit être comprise entre 0,030 et 0,125 pouce. En maintenant la variation d'épaisseur au minimum, il est possible d'obtenir une épaisseur uniforme de la pièce. La gestion des tolérances est cruciale car le taux de rétrécissement de l'entreprise est élevé, ce qui est évident dans le cas du POM. Les rayons doivent être réduits au minimum, en particulier dans les zones qui subissent le plus de contraintes. Des angles de dépouille de 0,5 à 1 degré sont idéaux car leur éjection se fait en douceur.

Épaisseur de la paroi

L'épaisseur de la paroi a une influence directe sur la qualité des pièces en POM moulées par injection. Les sections plus épaisses peuvent également entraîner un gauchissement ou un rétrécissement de la pièce d'une manière ou d'une autre, ce qui n'est pas forcément souhaitable. De cette manière, la structure globale est améliorée et l'épaisseur reste constante. Cependant, les parois extrêmement fines, bien que difficiles à obtenir, doivent rester dans certaines limites. L'épaisseur des parois joue un rôle essentiel dans les applications structurelles et, si elle est bien réalisée, elle permet de résister de manière fiable à des pressions élevées.

Tolérances

Le POM présente un retrait élevé, ce qui peut poser un problème lorsque l'on travaille sur des pièces moulées en POM qui doivent respecter des tolérances étroites. Il s'avère notamment que des parois plus épaisses augmentent la probabilité d'un écart de tolérance. Il n'est pas inutile de concevoir des pièces de dimensions égales, car cela garantit la cohérence des dimensions. Il existe toujours un moyen de mouler correctement, ce qui permet de garantir que les tolérances se situent dans les limites acceptables. Les problèmes dus aux changements de dimensions sont bien gérés par la planification et le contrôle.

Rayons

Les rayons dans la conception des pièces aident à minimiser la concentration de contraintes dans l'utilisation de la pièce. Les angles vifs sont toujours un problème car ce sont les points qui peuvent rendre une structure moins durable. En incluant des rayons, ces zones à forte contrainte sont minimisées, ce qui augmente la durée de vie de la pièce. Les rayons doivent être égaux ou supérieurs à 0,25 fois l'épaisseur nominale de la paroi du tuyau. Les rayons plus petits réduisent les contraintes, mais les rayons plus grands, jusqu'à 75%, offrent une meilleure répartition des contraintes.

Angle de dépouille

Il est possible d'obtenir une éjection élevée des pièces en POM avec des angles de dépouille minimes. Le POM a un faible coefficient de frottement et permet également d'obtenir des angles de dépouille de 0,5 degré. Il est concevable que pour des pièces telles que les engrenages, des dépouilles nulles ne soient pas essentielles pour satisfaire aux spécifications de conception. Les dépouilles permettent d'éviter les difficultés liées à la séparation des pièces des moules avec un minimum de dommages, voire aucun. Une bonne conception des dépouilles permet une production efficace et une meilleure qualité de la pièce à produire.

Défis liés au traitement des matériaux POM

Qu'est-ce qui rend la POM difficile à traiter ? Certains facteurs déterminent son fonctionnement optimal. En effet, le POM présente une tolérance faible à des conditions thermiques élevées. Plusieurs facteurs sont pris en considération par les opérateurs de moules pendant le moulage par injection. Ces facteurs sont le contrôle de la chaleur, le niveau d'humidité, les paramètres de moulage et le retrait. Ces éléments sont importants pour réussir la production de pièces moulées par injection en POM de haute qualité.

Chaleur

L'un des aspects les plus critiques à gérer dans le moulage par injection de POM est la chaleur. Lorsqu'il est chauffé à une température supérieure à 210°C, le matériau subit une dégradation thermique. Cette dégradation entraîne la formation de sous-produits corrosifs qui finissent par affecter le moule d'injection. La température du moule doit se situer entre 60 et 100 °C pour obtenir les meilleurs résultats. En outre, les cycles de chauffage courts sont également bénéfiques car ils ne soumettent pas le matériau à de trop fortes contraintes. L'augmentation de la température doit s'accompagner d'une diminution du temps de séjour pour obtenir une bonne qualité.

Humidité

L'absorption d'humidité du POM est assez faible et se situe entre 0,2 et 0,5%. Toutefois, il est conseillé de sécher la résine POM avant de la traiter pour obtenir les meilleurs résultats. Le temps de séchage est normalement de 3 à 4 heures, en fonction de la qualité du POM. Il est important que les niveaux d'humidité soient faibles pendant le moulage afin de réduire l'apparition de défauts. Une préparation minutieuse permet d'éviter les problèmes liés à l'humidité lors des injections.

Paramètres de moulage

Le paramètre de moulage approprié doit être maintenu pour le moulage par injection du POM. La pression d'injection identifiée est comprise entre 70 et 120 MPa pour assurer une bonne répétabilité de l'expérience. Une vitesse d'injection moyenne à élevée est également souhaitable pour obtenir une production régulière de la pièce. Le contrôle des pièces moulées nécessite un contrôle approprié des paramètres afin de garantir que les pièces moulées répondent à des spécifications particulières. En suivant de près ces paramètres, il est possible d'améliorer la qualité du produit final.

Rétrécissement

Le rétrécissement est un problème habituel avec les matériaux POM, y compris le Delrin®. Les taux de retrait se situent généralement entre 2 et 3,5 % au cours de la phase de refroidissement du cycle. La majeure partie de la rétraction se produit lorsque la pièce est encore dans le moule, le reste se produisant après l'éjection. Le POM homopolymère non renforcé présente un retrait plus important que les matériaux copolymères. Ces taux de retrait doivent être pris en compte dans la conception du moule afin de respecter les dimensions souhaitées.

Inconvénients du moulage par injection de l'acétal

Bien que le moulage en acétal offre plusieurs avantages, il a aussi ses limites et ses inconvénients. Il présente également des limites et des inconvénients. En outre, les moules en acétal présentent de nombreux défis. Ces limites doivent être soigneusement prises en compte au cours du processus de moulage pour que les entreprises obtiennent des produits finis de bonne qualité.

Mauvaise résistance aux intempéries

L'acétal est très vulnérable à la dégradation. Normalement, dans les situations où il est exposé à la lumière ultraviolette ou UV. En effet, une exposition constante à ces rayons peut entraîner d'importants changements de couleur et, à terme, affecter les performances du produit. Les UV détériorent la valeur esthétique et affaiblissent physiquement le matériau. En outre, les rayons UV détruisent la structure des polymères. C'est pourquoi il faut utiliser des stabilisateurs pour améliorer la résistance de l'acétal aux intempéries. Ces stabilisateurs peuvent ne pas empêcher totalement la dégradation sur de longues périodes à l'extérieur, ce qui entrave l'utilisation de l'acétal à l'extérieur.

La fragilité

À l'état solide, l'acétal est très résistant et possède une grande rigidité, mais il subit une rupture fragile dans des circonstances particulières. Température La basse température affecte les caractéristiques matérielles de l'acétal et le rend susceptible de se fissurer ou de se fracturer en cas d'impact. Cependant, cette fragilité est un inconvénient dans toutes les applications où une résistance élevée aux chocs est souhaitable, en particulier à basse température. La conception de produits moulés à partir d'acétal présente des défis importants, car ils peuvent supporter des chocs sans se fracturer.

En ce qui concerne les effets du processus de moulage de l'acétal sur les propriétés mécaniques des pièces, il convient de tenir compte de certaines considérations.

Conception de moules pour l'injection d'acétal

Lors de la conception d'une application utilisant l'acétal, il est important de bien choisir le moule, car il détermine la qualité et la stabilité du produit final. Voici quelques lignes directrices à suivre en matière de conception :

• Diamètre du coureur : Il est conseillé de choisir un diamètre de coulée compris entre 3 et 6 mm pour faciliter l'écoulement du matériau lors de l'injection.
• Longueur de la porte : Idéalement, la longueur de la porte devrait être d'environ 0,5 mm afin de réguler correctement le débit du matériau. Elle améliore l'uniformité du moule de sorte qu'aucun défaut ne se forme lors du remplissage du moule avec le matériau.
• Diamètre de la grille ronde : Cette épaisseur doit être comprise entre la moitié et six fois l'épaisseur de la pièce à mouler. En dimensionnant correctement les portes, on élimine les cas tels que les tirs courts et les lignes de soudure.
• Largeur de la porte rectangulaire : Par conception, la largeur des portes rectangulaires doit être au moins égale à deux fois l'épaisseur du produit. Dans l'idéal, cette largeur devrait correspondre à environ 0,6 fois l'épaisseur de la paroi en ce qui concerne le renforcement structurel de la cuve.
• Angle de tirant d'eau : Un angle de moulage de 40 à 1 30 est proposé pour faciliter le retrait de la pièce moulée sans abrasion de la surface.

Matériau acétal pré-séché

Même si la valeur d'absorption d'humidité est élevée, il est conseillé de pré-sécher la pièce en acétal avant le moulage par injection de la résine. Le pré-séchage réduit également la présence d'une forme d'humidité destructrice, comme la formation de vides ou de bulles. Le processus de séchage doit se faire à une température de 80-100°C et durer de 2 à 4 heures. Un séchage correct est important car il permet de conserver les différentes caractéristiques des matériaux et facilite le moulage sans buse.

Contrôle de la température du moulage de l'acétal

Lorsqu'il s'agit de moulage par injection d'acétal, il est essentiel de maintenir l'humidité et la température de fusion pour obtenir de meilleurs résultats. La température du moule doit être maintenue entre 75 et 120 centigrades et la température de fusion entre 190 et 230 centigrades (374 et 446 Fahrenheit respectivement). Des paramètres tels que la régulation précise de la température permettent également de gérer des problèmes tels que la distorsion, le rétrécissement ou même un mauvais état de surface. La régulation précise des conditions thermiques permet de refroidir uniformément et, par conséquent, de minimiser les contraintes tout en améliorant les caractéristiques dimensionnelles du produit final.

Pression d'injection

Chaque matériau nécessite une pression d'injection spécifique qui doit être atteinte pour fournir la qualité spécifique de la pièce. La plage de pression est comprise entre 40 et 130 MPa, en fonction du débit de l'acétal, de l'épaisseur et de la taille de la porte de coulée et de la pièce. Si la pression est faible, le moule peut être mal rempli, et si la pression est élevée, il risque d'y avoir des bavures ou d'autres défauts. La pression optimale est importante pour la création d'une formation appropriée des pièces et l'exclusion des défauts.

Vitesse du moulage par injection

La vitesse d'injection est un autre facteur qui influence grandement le processus de moulage de l'acétal. En fonction de la formation de flaques, la vitesse d'injection du moule varie de modérée à rapide afin d'éviter la création de défauts lors du remplissage du moule. En cas de vitesse lente, les marques d'écoulement ou les imperfections de surface sont visibles à la surface. En revanche, une vitesse élevée peut entraîner ce que l'on appelle une surchauffe par jet ou par cisaillement, ce qui nuit à la résistance et à la finition de la surface de la plupart des pièces. En modifiant la vitesse d'injection, il est possible d'éliminer les défauts de moulage et d'améliorer la productivité du moulage.

Ces considérations permettent aux fabricants d'améliorer l'efficacité de leurs pièces moulées par injection d'acétal en contrôlant les paramètres et les problèmes rencontrés. Pour tirer le meilleur parti des attributs positifs de l'acétal tout en évitant ses inconvénients, certains aspects de la conception du moule, de la manipulation des matériaux et du processus doivent être réglés avec précision.

Conclusion

Acétal ou polyoxyméthylène est un type de thermoplastique semi-cristallin moulé par injection. Ce matériau est couramment utilisé dans les pièces mécaniques telles que les bagues, les roulements, les engrenages et les pignons.

Par rapport aux métaux et aux autres plastiques, l'acétal a un faible coefficient de frottement et une grande rigidité. Ces caractéristiques améliorent considérablement ses propriétés de résistance à l'usure, et les produits qui en résultent sont donc durables.

L'ensemble de ces caractéristiques fait de l'acétal un matériau de choix pour de nombreuses applications techniques. Le traitement et la conception appropriés des équipements améliorent leur efficacité et leur durabilité dans différentes industries.

L'introduction de l'acétal dans les processus de production peut se traduire par une plus grande efficacité et une réduction de la fréquence d'entretien des équipements mécaniques.