Il y a des centaines de variables à affronter pour développer un processus de moulage par injection 24/7, et il peut être difficile de décider sur lesquelles se concentrer. Certaines sont plus importantes que d’autres, mais peu importe où vous classez une variable donnée, le fait est que le processus ne fonctionnera pas à moins que chacune d’entre elles ne soit contrôlée en fonction des besoins de la résine et de la pièce.
Mon choix ce mois-ci est l’uniformité de la masse fondue, et elle devrait figurer dans votre liste des 10 premières variables. Par uniformité, j’entends non seulement la température de fusion, mais aussi la consistance de la fusion, c’est-à-dire l’absence de tourbillons, de stries ou de granulés partiellement non fondus. Si vous voulez des dimensions et des performances constantes 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, vous devez avoir une uniformité de fusion.
Notre attention se porte ici sur la difficulté d’obtenir une uniformité de fusion entre les résines amorphes et semi-cristallines. Ces résines fondent différemment, et un transformateur doit comprendre comment chacun de ces polymères fond pour obtenir une uniformité de fusion.
Normalement, les différences sont liées à l’arrangement différent des chaînes de polymère dans une pièce. Avec les polymères amorphes, les chaînes sont aléatoires – ce qui signifie qu’elles n’ont pas d’ordre ou d’alignement spécifique, quelque chose comme des morceaux de ficelle emmêlés. Les polymères semi-cristallins ont une structure ou un modèle ordonné d’alignement des chaînes.
Si vous voulez des dimensions et des performances constantes 24/7, vous devez avoir une uniformité de fusion.
Le préfixe « semi » est utilisé pour noter que toutes les chaînes de polymère dans une pièce semi-cristalline ne sont pas cristallisées. Il existe des zones de cristallinité et des zones d’orientation aléatoire (amorphe) des chaînes dans une pièce donnée. Les couleurs, les additifs et la vitesse de refroidissement influencent le degré de cristallinité, ce qui modifie la taille et les propriétés de la pièce.
Que le polymère que vous traitez soit semi-cristallin ou amorphe, l’uniformité de la fusion est nécessaire pour obtenir des dimensions et des performances constantes de la pièce. Comprendre comment chacun fond permet au transformateur de mieux contrôler le traitement.
Qu’ils soient semi-cristallins ou amorphes, chacun s’appuie sur les mêmes sources d’énergie pour la fusion : le baril, la vis et les bandes chauffantes. La majeure partie de l’énergie, environ 80 %, provient du frottement des granulés contre la paroi du barillet et de la compression dans la zone de transition de la vis. Le reste de l’énergie provient des bandes chauffantes autour du cylindre. Le mécanisme de transfert d’énergie est le même pour les résines amorphes et semi-cristallines. Cependant, c’est là que s’arrête la similitude dans la fusion de ces plastiques.
Comme la glace, les résines semi-cristallines ne se ramollissent pas avant d’avoir atteint leur température de fusion.
Un facteur important qui les différencie est la quantité d’énergie requise pour fondre chacune d’elles. Un kilogramme d’une résine semi-cristalline, comme le nylon 6, nécessite beaucoup plus d’énergie qu’un kilogramme d’une résine amorphe comme l’ABS. En fait, le nylon nécessite environ deux fois plus d’énergie pour fondre qu’un ABS (environ 716 BTU/kg contre 342), alors que leurs températures de traitement sont similaires. Le double de l’énergie requise pour le nylon signifie que vos canards de traitement ont intérêt à être dans une rangée.
Donc, nous savons maintenant ce que nous devons faire pour fondre le nylon par rapport à l’ABS d’un point de vue énergétique. Mais il y a un autre problème pour rendre votre vie de transformation plus difficile. Les résines semi-cristallines restent dures jusqu’à ce qu’elles atteignent leur température de fusion. C’est comme faire fondre de la glace. La dureté de la glace ne change pas de manière significative lorsqu’elle se réchauffe de -10 C (14 F) à -0,5 C (31 F). Si vous tombez sur de la glace à l’une ou l’autre température, je doute que vous sentiez une différence de dureté. Comme la glace, les résines semi-cristallines ne se ramollissent pas avant d’avoir atteint leur température de fusion. Elles restent dures jusqu’à ce qu’elles répondent à deux critères :
Premièrement, vous mettez suffisamment d’énergie pour les amener à leur point de fusion ; et deuxièmement, vous devez mettre une autre dose d’énergie pour surmonter la chaleur de fusion (fonte) – c’est-à-dire briser leur modèle de chaîne ordonnée. C’est comme une barrière énergétique à la fusion. Comment la vis et le canon gèrent-ils cette situation difficile ? Les granulés semi-cristallins s’écoulent de la trémie dans la gorge d’alimentation et tombent entre les ailettes profondes de la section d’alimentation de la vis. La section d’alimentation fait avancer les granulés et les compacte, forçant l’air et certains volatiles à sortir de la trémie (c’est un évent). La section d’alimentation peut réchauffer les granulés, mais elle ne fait pas et ne doit pas faire de fusion.
Le matériau atteint ensuite la zone de transition ou de fusion, où le diamètre de la racine de la vis se rétrécit en épaisseur pour assurer la compression des granulés contre la paroi du baril. Cette compression, ainsi que le frottement du granulé contre la paroi du baril, transmet de l’énergie aux granulés pour augmenter leur température. Le problème est que tous les granulés ne parviennent pas à l’interface paroi du canon/fusée – certains reçoivent l’énergie nécessaire pour fondre et d’autres non. La rupture du lit solide se produit, ce qui fait que certains granulés partiellement non fondus passent par les zones de transition et de dosage. Ces granulés partiellement non fondus peuvent s’enrouler dans la pièce et user la vis.
Les résines amorphes fondent comme du beurre gelé.
Pour les besoins de la discussion, disons que vous utilisez également de la couleur liquide et que vous utilisez une conception de vis à usage général. La couleur liquide utilise souvent un support d’huile, ce qui diminue la friction du pellet contre le canon, ce qui réduit à son tour le transfert d’énergie pour la fusion. Est-ce vraiment ce que vous voulez ? Arrêtez la couleur liquide ; le temps de rotation de la vis diminue-t-il ? Une vis à usage général avec un rapport L/D de 20 : 1 ne possède que cinq spires dans la zone de transition. C’est un problème important lorsque la taille des grenailles est supérieure à environ 40 % de leur capacité. Il est souvent recommandé d’utiliser des vis à barrière à la place, mais celles-ci se dégradent souvent, produisant des points noirs excessifs. Il est préférable d’utiliser une vis conçue pour assurer l’uniformité de la fusion.
Les résines amorphes fondent différemment. Elles nécessitent nettement moins d’énergie et sont plus faciles à faire fondre. Elles fondent comme du beurre congelé. Une pastille amorphe à température ambiante est dure, mais en se réchauffant, elle commence à se ramollir. Avec plus d’énergie, les matériaux amorphes continuent à se ramollir jusqu’à ce qu’ils soient aptes au moulage. Ils ne restent pas durs jusqu’à ce qu’ils atteignent le point de fusion, et ils n’ont pas à surmonter la chaleur de la fusion. Un granulé partiellement non fondu peut ressembler à de la tire ou à un marshmallow. S’il se coince entre une vis et la paroi du baril, il s’écrase sans que la vis ou le baril ne subissent de dommages ou d’usure importants. Les résines amorphes sont donc plus indulgentes pendant le processus de fusion. Une vis à usage général peut fournir un traitement acceptable, mais encore une fois, ce n’est pas ma recommandation.
En bref, les granulés semi-cristallins sont plus difficiles à fondre uniformément que les granulés amorphes. Une vis à usage général pourrait traiter des granulés amorphes, mais avec des tailles de grenaille à l’extrémité inférieure (moins de 20% de la capacité du baril), et à l’extrémité supérieure (plus de 40%), la plupart des mouleurs auront des problèmes avec les granulés semi-cristallins. Je ne recommande pas les conceptions de barrière. Au lieu de cela, spécifiez une conception de vis qui fournit une uniformité de fusion avec un rapport L/D minimum de 20:1, bien que 24:1 soit préférable.
À PROPOS DE L’AUTEUR : John Bozzelli est le fondateur d’Injection Molding Solutions (Scientific Molding) à Midland, Michigan, un fournisseur de services de formation et de conseil aux moulistes par injection, y compris LIMS, et d’autres spécialités. Contact [email protected] ; scientificmolding.com.
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