Fabrication Plastique

Chapitre 1 – Qu’est-ce que la Fabrication Plastique ?

La fabrication plastique est le processus de conception, de fabrication et d’assemblage d’un produit en plastique ou de composites contenant du plastique. Il existe aujourd’hui de nombreuses méthodes de fabrication plastique, compte tenu de la grande variété de produits en plastique. Chaque méthode convient à la fabrication de certains designs en raison de ses avantages et inconvénients uniques. Aujourd’hui, la fabrication plastique est très populaire parmi les fabricants en raison de ses deux principales propriétés, à savoir la malléabilité et le coût. Ces deux propriétés le rendent polyvalent et durable pour une large gamme de produits répartis dans diverses industries.

Le plastique est divisé en deux catégories principales : les plastiques thermodurcissables et les plastiques thermoplastiques. Ces deux catégories sont définies en fonction de leur capacité à être moulées dans des formes désirées dans des conditions de température et de pression. Les thermoplastiques peuvent être remodelés à plusieurs reprises. Leur structure moléculaire leur permet d’être ramollis, fondus et remodelés à plusieurs reprises, ce qui n’est pas le cas des thermodurcissables qui ne peuvent pas être remoulés.

Les thermoplastiques sont ensuite divisés en structures cristallines et amorphes dont l’utilisation finale dicte le plastique qui sera utilisé. Les résines cristallines sont le nylon, l’acétal, le polyester thermoplastique et les polyéthylènes. Les résines amorphes sont le PVC, le styrène, l’ABS et le polycarbonate. Les résines cristallines et amorphes peuvent être fondues, formées et soudées avec différentes techniques utilisées dans le processus de fabrication.

Une fois un thermodurcissable polymérisé, il ne peut pas être fondu et remodelé. Il peut être scié, usiné et assemblé à l’aide d’adhésifs. Les thermodurcissables courants sont les phénoliques, le bakélite, le G-10 et les polyesters GPO. Ces matériaux robustes et durables sont utilisés pour les isolateurs et les composants structurels.

Les thermodurcissables et les thermoplastiques sont divisés en sept catégories en fonction de leur structure moléculaire et sont utilisés en tant que codes de recyclage. Les symboles en forme de triangle sont placés sur les matériaux fabriqués à partir de plastiques pour identifier le type de plastique. Les sept catégories sont :

1. Fabrication en polyéthylène téréphtalate (PETE), qui est une condensation de l’éthylène glycol et de l’acide téréphtalique et est produite par polymérisation par croissance.
2. Fabrication en polyéthylène haute densité (HDPE), qui est l’un des thermoplastiques les plus polyvalents fabriqués à partir de pétrole avec une structure cristalline linéaire.
3. Fabrication en chlorure de polyvinyle (PVC), qui est un thermoplastique à haute résistance disponible sous forme de matériau rigide et rigide ou sous forme flexible créée par l’ajout d’un plastifiant.
4. Fabrication en polyéthylène basse densité (LDPE), qui est également dérivée du pétrole mais a une structure de liaison ramifiée, ce qui lui confère sa flexibilité et sa ductilité en raison de sa faible cristallinité.
5. Fabrication en polypropylène (PP), qui fait partie du groupe des polyoléfines et est non polaire et partiellement cristallin. C’est le deuxième plastique le plus produit au monde.
6. Fabrication en polystyrène (PS), qui est fabriqué à partir de la polymérisation du styrène et peut être transformé en polystyrène expansé (EPS) et en polystyrène extrudé (XPS).
7. Fabrication de différents types, qui est une catégorie créée pour les plastiques qui ne rentrent pas dans les six autres types et comprend les acryliques, le nylon, les polycarbonates, les polylactiques ou les bioplastiques et les combinaisons multicouches de différents matériaux plastiques.

Le plastique est divisé en deux catégories principales : les plastiques thermodurcissables et les plastiques thermoplastiques. Ces deux catégories sont définies en fonction de leur capacité à être moulées dans des formes désirées dans des conditions de température et de pression. Les plastiques qui peuvent être moulés à plusieurs reprises sont les thermoplastiques. Leur structure moléculaire leur permet d’être ramollis, fondus et remodelés à plusieurs reprises. À l’inverse, les plastiques thermodurcissables, également appelés thermodurcissables, ne peuvent pas être remoulés.

Ces deux catégories de plastiques sont ensuite divisées en 7 types en fonction de leur structure moléculaire. Ces types sont utilisés par différentes industries pour fabriquer des produits répondant aux spécifications exactes. Les sept types de plastiques comprennent :

• Polyéthylène téréphtalate (PETE)
• Polyéthylène haute densité (HDPE)
• Chlorure de polyvinyle (PVC)
• Polypropylène (PP)
• Polystyrène (PS)
• Type divers

Chapitre 2 – Méthodes de Fabrication Plastique

Il existe une grande variété de procédés de fabrication plastique en fonction des caractéristiques distinctes et du produit final. Les méthodes de fabrication plastique les plus courantes sont :

• Soudage Plastique
• Compoundage
• Lamination Plastique
• Moulage
• Extrusion Plastique
• Thermoformage
• Découpe au Dé
• Pultrusion
• Forgeage
• Moulage sous Vide

1. Méthode de Soudage Plastique

Le soudage plastique, tout comme toute autre méthode de soudage, implique la fusion de deux pièces à assembler et une liaison moléculaire est créée entre elles. Le soudage plastique comprend trois étapes principales : le pressage, le chauffage et le refroidissement. Pour souder deux types de plastiques différents, un matériau d’apport est utilisé, en particulier lorsque les deux plastiques ont une différence significative de points de fusion. Ce matériau d’apport crée une liaison adhésive entre les deux plastiques qui offre une résistance accrue. Le soudage plastique peut se faire par plusieurs méthodes, notamment le soudage par contact, la rotation, les vibrations haute fréquence, l’émission de gaz chaud, etc. Ces méthodes sont largement différenciées en fonction de la possibilité de refroidissement, des considérations mécaniques et de certaines directives générales du processus.

2. Méthode de Compoundage Plastique

La deuxième méthode de fabrication plastique est le compoundage plastique, également appelée technique de mélange. Dans cette méthode, les deux ou plusieurs types de plastiques sont combinés avec des additifs pour créer une amalgamation.

Par la suite, il est formé en différentes pièces à l’aide de moules, de matrices et d’autres outils de formage. Le but de cette méthode est de créer un matériau facile à traiter et capable de fournir les spécifications requises, car ce processus modifie les caractéristiques thermiques, physiques, électriques et esthétiques du plastique. Il existe des composés plastiques courants, tels que les charges polymères, les mastics pigmentaires, les résines de base, les agents gonflants et les composés de nettoyage.

3. Méthode de Lamination Plastique

La méthode de lamination plastique consiste à superposer différentes couches de plastique pour créer une barrière sur la surface d’un autre matériau. Cette technique améliore non seulement la durabilité et l’esthétique du produit, mais réduit également la nécessité potentielle d’entretien en protégeant le matériau sensible et sensible à la détérioration.

Il existe deux types courants de laminage plastique, le film et la résine. Dans les deux cas, la chaleur et la pression sont appliquées pour créer la barrière. Le laminage par film est considéré comme plus efficace que le laminage par résine. Bien que l’application de résine soit fréquemment utilisée pour créer des couches adhésives entre des matériaux courants tels que le papier, les tissus, etc.

Un inconvénient majeur de ce processus est qu’il est long, ce qui entraîne un taux de production très faible par rapport à d’autres méthodes de fabrication plastique. Cependant, cette méthode produit du plastique avec des propriétés telles que la résistance, la rigidité et la résistance à la température supérieures à celles des autres méthodes.

4. Méthode de Moulage Plastique

Le moulage plastique est l’un des plus anciens processus encore populaires parmi les fabricants de plastiques. Dans le moulage plastique, le plastique est chauffé et fondu, puis versé dans un moule pour durcir autour/à l’intérieur de celui-ci.

Le moulage plastique comprend plusieurs types, dont certains sont discutés ci-dessous.

Moulage par Injection

Dans le moulage par injection, le plastique fondu est injecté dans un moule, puis refroidi pour obtenir les produits moulés. C’est l’une des méthodes de moulage les plus polyvalentes connues aujourd’hui. Il peut être utilisé pour fabriquer de grandes pièces telles que des pièces automobiles et également de petits produits tels que du matériel chirurgical. Ce processus a un coût élevé, mais cela peut être surmonté en utilisant ce processus pour la production de masse. Il est divisé en 6 étapes principales :

• Serrage
• Injection
• Période de maintien
• Refroidissement
• Ouverture du moule
• Retrait de la pièce.

Moulage par Compression

Dans le moulage par compression, le plastique est chauffé, puis comprimé à l’aide d’une presse pour obtenir la forme souhaitée, suivie d’une cuisson pour que le produit final conserve son intégrité et ne se déforme pas. Ce processus est largement utilisé pour la fabrication de produits de différentes longueurs, épaisseurs et complexités. Le produit final produit par le moulage par compression est plus résistant, plus léger, plus rigide et plus résistant à la corrosion que les pièces en métal. Un autre avantage important de cette méthode est la capacité à accueillir des designs complexes. Cependant, la vitesse de cette technique n’est pas comparable à celle du moulage par injection, mais elle offre plus de complexités que tout autre processus de moulage.

Cette méthode fonctionne avec des plastiques thermodurcissables et comporte quatre étapes principales.

• Création du moule
• Préformage et chauffage
• Compression
• Cuisson

Moulage par Rotation

Le moulage par rotation, également appelé rotomoulage, est une méthode de fabrication plastique utilisée pour fabriquer des pièces creuses. Il utilise des mouvements de rotation pour recouvrir la zone intérieure du moule avec du plastique chauffé pour former une couche sur le dessus de la couche, créant ainsi la pièce souhaitée. Le coût initial de ce processus est très faible par rapport à d’autres méthodes de moulage car il n’y a pas de pression, donc le moule est peu coûteux.

En raison de cette raison, ce processus est économique même pour des séries de production courtes. Cette méthode est utilisée pour fabriquer une large gamme de produits car il n’y a aucune restriction sur la forme ou la taille du moule, ce qui lui permet de s’appliquer à des milliers d’applications.

Un autre avantage majeur de cette technique est qu’il n’y a pratiquement aucun déchet puisque tout le plastique en excès peut être utilisé pour produire la pièce suivante. Quelques applications du moulage par rotation comprennent les canoës, les pièces automobiles, les jouets et les bouées.

Moulage par Soufflage

Le soufflage est un autre processus de fabrication plastique qui consiste à chauffer le plastique et à le transférer dans un moule. Dans cette méthode, les tubes de plastique appelés préforme sont chauffés et transférés dans le moule, puis à l’ouverture du tube, l’air est soufflé pour gonfler le tube dans la forme souhaitée.

Le matériau utilisé dans cette méthode est des granulés de thermoplastique qui peuvent être du polyéthylène haute densité, du polypropylène, du polystyrène ou du chlorure de polyvinyle. Dans le soufflage, il existe trois principaux types, le soufflage par extrusion, le soufflage par injection et le soufflage par étirage par injection. Bien que dans chaque sous-type, quelques étapes diffèrent les unes des autres, les principes fondamentaux restent les mêmes : l’air est soufflé dans les tubes de plastique chauffés pour obtenir une forme souhaitée. Cette méthode est populaire pour la fabrication de bouteilles, de réservoirs de carburant, etc.

L’avantage le plus important du soufflage est le coût réduit des outils et des matrices et les vitesses de production rapides. Cependant, les produits fabriqués par soufflage ont une résistance limitée.

5. Méthode de l’Extrusion Plastique

L’extrusion plastique est un processus continu dans lequel le plastique brut est chauffé et poussé à travers une chambre pour être formé en un profil continu tel que des tuyaux, des tubes, des films, des clôtures, des rampes de pont, etc. Le plastique brut fondu appelé résine est tiré à l’intérieur d’un cylindre chauffé, puis poussé hors du moule pour obtenir la forme souhaitée. C’est un processus de production à haut volume.

Ce processus commence par l’alimentation de granulés de plastique dans la chambre de l’extrudeuse depuis une trémie. Ensuite, ces granulés sont fondus par la chaleur générée par la rotation de la vis à l’intérieur de la chambre et le chauffage présent à l’intérieur. Ensuite, le plastique fondu est poussé dans une filière qui lui donne la forme souhaitée et permet au plastique fondu de refroidir.

L’extrusion plastique est préférée par les fabricants en raison de sa vitesse, de sa répétabilité et de sa solidité. De plus, les produits formés par cette méthode supportent mieux les contraintes que tout autre méthode de fabrication plastique car les plastiques extrudés n’ont pas de coutures présentes dans leur profil continu.

6. Méthode de Thermoformage

Le thermoformage est un autre processus de fabrication plastique dans lequel les thermoplastiques sont chauffés et remodelés sous pression. C’est un processus unique qui implique l’utilisation de plastique très mince et qui est réalisé par diverses techniques, notamment le pliage de feuilles de plastique et la mise sous vide. Dans ce processus, le coût de l’outillage est considérablement réduit par rapport à d’autres processus de fabrication car la pièce thermoformée n’a pas besoin de conditions de température et de pression élevées pour être fabriquée.

En raison de cela, le moule utilisé dans le thermoformage est souvent fait de bois, de plâtre de Paris, de plastique ou d’aluminium. C’est un processus polyvalent et efficace. Il est généralement utilisé dans l’emballage des aliments, la fabrication de gobelets jetables, de jouets, de pare-brise d’avion et de plateaux de cafétéria.

7. Méthode de Découpe au Dé

La découpe au dé est un autre processus de fabrication plastique qui utilise des machines et des outils spécialisés pour convertir la matière première en la découpant, en la formant et en la découpant en formes et styles sur mesure. C’est une méthode flexible qui permet une personnalisation. Le processus de découpe au dé convient à une large gamme de géométries. Il a également des applications dans divers domaines, notamment la découpe de néoprène, les joints d’étanchéité, la découpe du papier, l’emballage, la découpe du tissu et la production de mousse découpée.

La découpe au dé est l’une des techniques les plus efficaces pour découper du film et des feuilles de plastique minces en pièces finies. Certains des plastiques couramment découpés à l’aide de cette technique sont le film de polycarbonate, le film de polyester et la feuille en PEHD. Les avantages de ce processus incluent une vitesse de production élevée, la possibilité d’utiliser une main-d’œuvre non qualifiée, des coûts d’outillage réduits, etc.

8. Méthode de Pultrusion

La pultrusion est un processus dans lequel des forces continues sont exercées sur des fibres lors de ce mouvement continu et mécanique. Les tresses de fibres sont tout d’abord tirées à travers un bain de résine avant de commencer à être tirées par deux matrices métalliques chauffées. La pultrusion convient à la fabrication de pièces solides et creuses comme les barres plates et les tubes, etc.

Si elle représente un coût élevé en raison des exigences en matière d’outillage, la pultrusion est réputée pour la grande régularité et la résistance élevée des pièces qu’elle produit. Selon la composition du bain de résine, les produits peuvent également être rendus résistants au feu, à la chaleur, à l’électricité, aux produits chimiques ou aux facteurs environnementaux. Par conséquent, elle est souvent utilisée dans la fabrication de meubles et de machines pour les usines chimiques ou les installations agricoles. Cette méthode est idéale pour les pièces où la tolérance dimensionnelle est cruciale et nécessite des fractions volumiques de fibres élevées.

Quelques avantages de cette méthode comprennent un faible taux de rebus, un contrôle précis du volume de fibres et un alignement excellent. La restriction minimale de ce processus est le besoin d’investissement initial et de main-d’œuvre qualifiée, etc.

9. Méthode de Forgeage

Le processus de forgeage est un autre processus de fabrication plastique. Des coups sont donnés aux pièces à usiner à l’aide d’un marteau ou d’un autre outil pour les façonner dans la forme souhaitée. Les matériaux deviennent plus résistants lorsqu’ils sont coulés ou traités par métallurgie, ce qui leur confère la caractéristique d’être résistants aux chocs (résistance).

Le forgeage est classé en deux types en fonction de la température utilisée pendant le processus : le forgeage à froid et le forgeage à chaud. Le forgeage à chaud est une technique dans laquelle la pièce à usiner est chauffée puis frappée dans la forme souhaitée. En frappant la pièce à usiner à des températures supérieures à la température de recristallisation, le gaz à l’intérieur du matériau est expulsé, ce qui affine la structure du grain pendant la recristallisation, ce qui le rend plus résistant.

En revanche, le forgeage à froid permet de façonner le plastique en le frappant à des températures ambiantes. Le forgeage à froid offre une bonne précision et une meilleure résistance aux chocs. Cette méthode est utilisée pour fabriquer des produits tels que des outils, des couverts et des pièces pour automobiles et chemins de fer. Une utilisation particulière du forgeage est la fabrication de drivers de golf de manière à ce qu’ils supportent l’impact des coups.

10. Méthode de Moulage sous Vide

Le moulage sous vide, parfois appelé moulage par polyuréthane, utilise des moules en silicone pour fabriquer des composants en plastique et en caoutchouc sous vide. C’est un processus de fabrication extrêmement adaptable, capable de reproduire le moulage par injection pour produire des pièces complexes en résines de polyuréthane et en nylon coulé.

Comme le processus se déroule sous vide, il produit des pièces moulées de haute qualité et sans bulles, avec une texture de surface lisse et sans défauts. Le moulage sous vide est l’un des moyens les plus rentables de produire des pièces en plastique de haute qualité et à faible volume, qui peuvent être presque identiques aux pièces moulées par injection. Les pièces sont particulièrement adaptées aux tests d’ajustement et de performance pendant les étapes de conception, où elles peuvent être utilisées à des fins de marketing, de test utilisateur sur le terrain et de vérification de la conception des produits.

Il existe de nombreux types de résines de moulage sous vide disponibles sur le marché, qui peuvent être utilisées pour créer des pièces répondant à un large éventail d’exigences de conception, telles que les exigences de température, les différentes textures de surface, la dureté, etc. Des matériaux sont également disponibles pour créer des pièces entièrement opaques, translucides ou complètement transparentes en utilisant cette méthode. Parfois, de la cire de haute qualité peut être fabriquée à l’aide du moulage sous vide pour la fonte à la cire perdue afin d’augmenter les détails fins des caractéristiques complexes.

Chapitre 3 – Finition des Produits de Fabrication Plastique

Une fois que la pièce a été fabriquée, vient la phase de finition. Selon les besoins de la pièce, un processus d’usinage ou d’assemblage supplémentaire peut être nécessaire. Certaines touches finales sont purement esthétiques, mais d’autres peuvent avoir une utilité spécifique. Quelle que soit la raison, cette dernière étape doit être effectuée après la fabrication de la pièce.

Processus d’Usinage

Dans les processus d’usinage, les deux principales machines utilisées sont la fraiseuse CNC et le tour CNC. Les thermoplastiques rigides et les thermodurcissables peuvent être usinés par des processus classiques tels que le perçage, la scie, le tournage sur un tour, le ponçage et d’autres opérations. Les thermodurcissables renforcés de verre peuvent être usinés en engrenages, poulies et autres formes, notamment lorsque le nombre de pièces ne justifie pas la construction d’un moule métallique. Différentes formes peuvent être découpées (matricées) dans des feuilles de thermoplastiques et de thermodurcissables. Les gobelets fabriqués par thermoformage, par exemple, sont découpés de la feuille mère à l’aide d’une matrice tranchante. Dans le cas d’un thermoplastique comme le polystyrène, la feuille de rebut restante peut être reground et remoulée.

Processus d’Assemblage

En cas de besoin de processus d’assemblage, le soudage est préféré. Le soudage est réalisé de la même manière que pour les métaux. Par exemple, les réservoirs en chlorure de polyvinyle sont un exemple important. Plus couramment, les surfaces sont assemblées en les mettant en contact les unes avec les autres et en les chauffant par conduction ou par phénomène électrique.

La soudure des bagages fabriqués à partir de tubes de polyoléfines extrudées par soufflage, par exemple, nécessite généralement le contact avec une barre de soudure chaude. Le PVC a une perte diélectrique suffisamment élevée pour que la chaleur puisse être générée dans tout le matériau par exposition à un champ de haute fréquence et de haute tension.

Processus de Revêtement

Après l’usinage ou le processus d’assemblage (ou s’ils ne sont pas nécessaires), chaque pièce passe par trois étapes de finition: le défournissage, le nettoyage et le revêtement/décoration. Le processus de défournissage est responsable de l’élimination de tous les matériaux excédentaires autour des pièces. Il peut s’agir des composés excédentaires des étapes précédentes. Par conséquent, il est nécessaire de les éliminer.

Après le défournissage, la prochaine étape est le nettoyage. Certains matériaux restants ou excédentaires peuvent adhérer à la surface du plastique, ce qui peut affecter le résultat des étapes ultérieures du processus de finition. Pour cette raison, un net