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Pour simplifier, le terme “plastique” peut désigner tout polymère synthétique qui ressemble à des résines naturelles. (Un polymère est une chaîne de molécules extrêmement longue ; les résines sont des composés organiques visqueux et uniques qui sont insolubles dans l’eau et peuvent durcir en solides.) La fabrication de plastique fait référence plus spécifiquement à tout processus industriel qui contribue au processus global de transformation de la résine plastique en produits de consommation pratiques. La fabrication de plastique peut être divisée en sous-catégories de conception, de fabrication et d’assemblage.
Histoire
L’histoire des plastiques peut prêter à confusion en raison de la flexibilité de la définition du terme “plastique”. Des substances naturelles qui ressemblent au plastique, telles que la corne et le caoutchouc, ont été utilisées par les civilisations depuis des milliers d’années. Cependant, l’apparition réelle du plastique moderne ne remonte pas plus loin que la Révolution industrielle et le milieu du XIXe siècle. L’inventeur britannique Alexander Parkes est souvent crédité de la première invention du “plastique” grâce à l’invention de la “Parkésine”, un matériau à base de cellulose qui a été exposé à la Grande Exposition de Londres en 1862. La “Parkésine” était obtenue en dissolvant de la nitrate de cellulose dans un solvant, puis en la plaçant sur un cylindre chauffant. Peu de temps après, deux frères américains (les Hyatts) ont ajouté du camphre à ce mélange, créant la cellulose (vers 1870). Cependant, le plastique entièrement synthétique n’apparaîtrait pas avant le XXe siècle. De 1907 à 1909, le Belge-américain Dr. Leo Baekeland a créé le Baekelite, un plastique à base de combustibles fossiles qui a été ensuite utilisé pour les boîtiers de radio/téléphone, les isolateurs électriques, les ustensiles de cuisine, les bijoux, etc. L’ingrédient principal de Baekeland était le phénol, un acide de goudron de charbon. D’autres formes de plastique synthétique (par exemple, le polystyrène, le polyester) ont été développées au cours des décennies suivantes. Paradoxalement, les traumatismes des deux guerres mondiales ont contribué à consolider l’importance du plastique pour les applications militaires – et, accessoirement, pour les applications grand public (étant donné que l’excès de plastique résultant devait être réutilisé après 1945). L’apparition de la marque Tupperware en 1948 marque l’une des premières utilisations répandues du plastique commercial. (Pour plus d’informations sur l’histoire du plastique, consultez les matériaux plastiques et les contenants en plastique.)
Avantages
Le plastique est devenu une alternative extrêmement populaire à d’autres matériaux tels que le verre, les métaux et le bois pour plusieurs raisons. Tout d’abord, le plastique est incroyablement polyvalent. Il peut prendre presque n’importe quelle forme ou géométrie imaginable. Le plastique est plus convivial que d’autres substances. De nombreux consommateurs préfèrent utiliser le plastique plutôt que le métal car il est plus léger et plus sûr, tout en étant tout aussi efficace dans de nombreux aspects. De plus, il est peu coûteux et permet aux fabricants de réaliser des économies considérables avec moins d’efforts. L’une des propriétés les plus appréciées du plastique est sa durabilité. Le plastique résiste à plusieurs substances et conditions telles que les produits chimiques abrasifs, les chocs, les températures extrêmes, les vibrations, l’humidité et la pression. De plus, contrairement à de nombreux métaux, le plastique ne s’oxyde pas au contact de l’eau, ce qui le rend plus adapté à une utilisation en extérieur.
Les principaux inconvénients de la production et de l’utilisation du plastique sont liés à l’environnement. Certaines pratiques de production de plastique ont des effets néfastes sur l’environnement et la santé. Par exemple, le processus de production de pulvérisation de plastique libère des composés organiques volatils (COV) tels que le styrène dans l’atmosphère.
Étapes de la fabrication de plastique
Pour répondre aux besoins diversifiés d’une large gamme d’industries, les fabricants de plastiques utilisent une grande variété de processus de fabrication avec différents équipements de fabrication. Certains des processus de fabrication les plus courants comprennent l’extrusion, le moulage par injection, le soudage, l’usinage, l’estampage et l’assemblage. Les processus de fabrication de plastique industriel sont catégorisés en fonction de divers facteurs, tels que la nature des produits finaux spécifiques et la nature du processus lui-même. À des fins pratiques, les différents processus de fabrication seront regroupés en fonction de deux des trois étapes de base de la fabrication de plastique : la fabrication et l’assemblage.
Fabrication
Dans les premières étapes de la fabrication de plastique, la grande majorité des plastiques sont livrés à un fabricant sous forme de résine brute (sous forme de flocons, de poudre ou de petits granulés). Cette matière première peut être dérivée de matière organique qui sera finalement transformée (par exemple, la cellulose provenant du bois) ou de composés issus des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon, etc.). De manière générale, les plastiques sont basés sur le carbone. (Les silicones, qui sont basés sur le silicium, constituent la principale exception.) De plus, les matériaux plastiques sont divisés en deux grandes catégories : les thermoplastiques (qui peuvent être fondus et remoulés après la production) et les thermodurcissables (qui ne peuvent pas être fondus et remoulés après la production). La matière première est purifiée, puis réorganisée (par le biais de réactions d’addition ou de condensation) en polymères qui subiront le processus de formation réel. Souvent, les résines plastiques sont combinées les unes aux autres dans divers processus de mélange ou améliorées par l’introduction d’additifs (dont nous parlerons plus loin).
Pour transformer la résine plastique en pièces ou produits utilisables, les fabricants de plastiques disposent de diverses méthodes de fabrication à choisir. Le moulage est de loin la forme la plus courante de fabrication de plastique. Comme son nom l’indique, cette famille de processus connexes repose sur l’utilisation d’un moule pour contenir et refroidir la résine plastique chauffée. Les perles de matière plastique brute (résines et additifs) sont fondues et mélangées dans un type approprié de liquide avant d’être introduites dans un moule à des températures et/ou pressions élevées. Certains des types de moulage les plus pertinents comprennent le moulage par injection, le moulage par rotation ou la fonte centrifuge, le moulage par soufflage et le moulage par compression.
Le moulage par injection est la forme la plus courante de fabrication de plastique. Dans cette méthode, le matériau plastique est comprimé ou injecté de force dans un moule fermé et est ensuite refroidi. L’époxyde, le polyester et le polyuréthane sont quelques-unes des résines plastiques qui sont couramment fabriquées avec cette méthode. Cette méthode est particulièrement utile pour les produits nécessitant un point de fusion élevé (par exemple, la vaisselle). Certaines variations du moulage par injection comprennent le moulage par injection réactionnelle (utilisé pour les thermodurcissables), le moulage par injection renforcée par réaction et le moulage par injection structurelle par réaction (qui renforcent les polymères avec du verre/fibre hachée ou de la fibre matée).
Le moulage par rotation ou la fonte centrifuge injecte de la résine plastique dans un moule tournant doublé de nattes tissées. Le mouvement centrifuge du moule force la résine à saturer les nattes pendant le processus de durcissement. Les produits obtenus par moulage par rotation sont généralement des objets creux tels que des tuyaux, des réservoirs, diverses pièces automobiles, des canoës, etc.
Le soufflage est ainsi nommé car il utilise de l’air comprimé pour gonfler un tube thermoplastique préformé afin qu’il prenne la forme d’un moule. Les sous-catégories du soufflage comprennent le soufflage par extrusion et le soufflage par injection. Ces sous-catégories sont délimitées par la méthode de formation du composant thermoplastique préformé (appelé paraison). Les conteneurs tels que les bouteilles ou les réservoirs sont parmi les produits les plus courants du soufflage.
Le moulage par compression est une forme plus traditionnelle de fabrication de plastique qui utilise un composé de moulage en feuille (SMC) ou un bain de résine plastique contenant des fibres de verre incorporées. Une presse hydraulique est utilisée pour durcir ce matériau par une chaleur et une pression extrêmes. Bien que moins courant que d’autres méthodes de moulage en raison de son coût élevé, ce procédé est toujours utilisé pour les productions en série élevées afin de produire des articles tels que les ailes de voiture et les attaches de vêtements.
L’extrusion constitue une autre famille de processus de fabrication. Au lieu de simplement comprimer de la résine plastique dans un moule, l’extrusion force la résine à travers un barillet chauffé et pressurisé, puis dans une filière pour fabriquer des formes de base telles que des feuilles et des tubes en plastique. L’extrusion peut être utilisée pour créer des formes qui seront ensuite moulées, ou elle peut être utilisée pour fabriquer des objets “indépendants”. La pultrusion est considérée comme l’opposé de l’extrusion car elle repose sur des forces de traction plutôt que de poussée pour accomplir des objectifs similaires. Comme le moulage par injection, l’extrusion est un processus de thermoformage, ce qui signifie qu’il implique la fusion de la résine pour la forcer à travers une filière ou une cavité de moule et prendre la forme de la filière ou du moule lorsqu’elle refroidit et durcit.
Les méthodes de superposition de production de plastique consistent à empiler des feuilles sèches (appelées plis) dans des moules ouverts et à les recouvrir de résine plastique pour durcir sous pression. La pression est souvent appliquée (manuellement) par des outils appelés rouleaux à main. Les superpositions sèches saturent les couches à la fin du processus d’empilement, tandis que les superpositions humides saturent les couches une par une au fur et à mesure de leur empilement (pour une répartition plus égale de la résine). La méthode de pulvérisation (mentionnée précédemment) est une version “automatique” des méthodes manuelles de superposition qui utilise un pistolet pneumatique. Il n’est pas rare d’utiliser à la fois des méthodes manuelles et automatiques de “superposition” ensemble dans la fabrication de plastique pour augmenter la résistance d’un produit fini.
Le moulage par transfert de résine ressemble aux méthodes de “superposition” car il forme également du plastique en saturant des mailles avec de la résine renforcée de fibres. La principale différence entre les deux catégories de fabrication de plastique réside dans le fait que le moulage par transfert utilise des moules fermés plutôt que des moules ouverts. Les méthodes d’injection standard sont souvent utilisées pour injecter la résine dans le moule fermé. La résine peut être injectée sous vide dans une variation appelée moulage assisté par résine sous vide, ou simplement moulage sous vide.
Assemblage
Toute opération de fabrication de plastique qui intervient après la formation du plastique de base peut être regroupée dans la catégorie des processus postérieurs. Les processus mécaniques tels que l’assemblage, le pliage, la découpe, le perçage, la gravure, le marquage, l’estampage et le taraudage sont tous des processus de fabrication postérieurs à la formation. Bien qu’ils ne soient nécessaires que pour certaines applications plastiques, ces processus ne sont pas rares et permettent aux fabricants de plastique d’apporter les modifications nécessaires. Des opérations telles que le soudage, la découpe et le collage peuvent toutes être classées dans la catégorie des opérations d’assemblage, qui aident spécifiquement à former des produits finis en réunissant différentes pièces en plastique.
Les processus de découpe façonnent davantage le plastique pour des applications spécifiques une fois qu’il a été formé et moulé. Presque toujours, la fabrication de plastique est assistée par un logiciel informatique automatisé appelé logiciel de commande numérique par ordinateur (CNC). Cela est particulièrement vrai dans les étapes de découpe de la fabrication de plastique. Les machines CNC accélèrent et rationalisent les opérations bien plus que les techniciens réels et rendent l’erreur humaine pratiquement négligeable, ce qui contribue à produire des volumes élevés de pièces et de produits identiques et très complexes. Les routes CNC, les fraiseuses CNC et les tours CNC ne sont que quelques exemples de machines complexes utilisées pour la découpe, tandis que le perçage par fusil et le meulage sans centre sont représentatifs des processus de découpe spécialisés qui produisent des formes spéciales. La découpe traditionnelle mécanique est toujours utilisée par les fabricants de plastique aux côtés de formes plus avancées de découpe CNC et/ou laser.
Strictement parlant, les opérations d’assemblage font référence à tout processus qui combine différentes pièces en plastique pour créer un produit en plastique ou une partie d’un produit en plastique. Le collage adhésif et l’assemblage par éléments mécaniques (comme des fixations mécaniques) sont deux méthodes courantes d’assemblage. Un autre processus de fabrication, le soudage du plastique, implique le chauffage de deux morceaux de thermoplastique jusqu’à ce qu’ils deviennent visqueux, puis les pressant ensemble, permettant à leurs molécules de se mélanger pour former une seule pièce. Le soudage est particulièrement utile pour le plastique qui ne réagit pas bien au collage adhésif. Certaines sous-catégories comprennent les émissions de gaz chauds, les vibrations à haute fréquence et le soudage par contact.
Lorsque le plastique est laminé, il est utilisé pour créer une barrière de surface pour un autre type de matériau. Il est généralement utilisé pour augmenter la résistance ou la catégorie de résistance chimique d’un autre matériau (par exemple, électrique, chimique, etc.). Le laminage de film place du plastique à l’extérieur d’un produit, tandis que le laminage de résine place un matériau de laminage entre deux substrats.
Le plastique peut également subir divers processus de finition finale à des fins esthétiques ou autres. Le polissage, le polissage, la peinture en poudre, la sérigraphie, etc. sont des exemples de divers processus de finition finale qui peuvent être appliqués aux produits en plastique.
Même un bref aperçu des méthodes de fabrication de plastique met en évidence l’absence de chronologie stricte qui caractérise le processus global de fabrication de plastique. Par exemple, bien que l’extrusion se produise souvent relativement tôt dans le processus de fabrication, elle peut également se produire directement avant d’autres procédures ultérieures telles que l’adhésion ou le laminage. De même, les processus de thermoformage peuvent être strictement limités aux méthodes de moulage, ou ils peuvent se produire plus ou moins en conjonction avec des méthodes post-processus ultérieures (comme la flexion d’une feuille de plastique sur un chauffe-bande). L’utilisation d’additifs dans la fabrication de plastique illustre clairement la flexibilité de l’ordre dans la fabrication de plastique. De nombreux types d’additifs chimiques sont utilisés dans la fabrication de plastique, tels que les plastifiants (pour améliorer la flexibilité), les modificateurs d’impact (pour augmenter l’absorption des chocs), les lubrifiants externes (pour réduire la friction), les charges/extenseurs (pour augmenter le volume d’un plastique), les retardateurs de flamme (pour réduire l’inflammabilité), les épaississants (pour augmenter la viscosité), etc. Alors que de nombreux additifs sont inclus dans les mélanges pigmentaires/résines maîtresses lors des premières étapes de mélange et de préparation des matières premières, ils peuvent également être ajoutés aux produits en plastique lors de l’assemblage et d’autres étapes de “post processus”.
Applications
Toutes les industries modernes dépendent largement du plastique. Des exemples spécifiques de ces industries comprennent l’agriculture, l’architecture, l’automobile, la transformation chimique, les cosmétiques, la construction, l’électronique, l’ingénierie, la transformation des aliments et des boissons, l’hôtellerie, la médecine, l’éclairage, l’emballage et l’expédition, l’industrie pharmaceutique, la restauration, la fabrication d’enseignes et de jouets. (Certaines industries reposent sur des processus de fabrication spécialisés. Un exemple serait l’importance de l’infusion de résine pour l’industrie aérospatiale.) Les fabricants de plastiques maintiennent le monde moderne en fonctionnement en permettant silencieusement les opérations quotidiennes, de conserver les restes de nourriture dans des contenants en plastique à faire fonctionner un système de pompe. Pour ce faire, les fabricants de plastiques produisent différents types de plastiques tels que les acryliques, le nylon, le polyéthylène, le polyester, le polystyrène, le chlorure de polyvinyle et le polypropylène. (Pour plus d’informations sur les différents types de plastiques, consultez les matériaux plastiques.)
Des exemples de produits en plastique finis par la fabrication et l’assemblage comprennent des chariots, des présentoirs, des boîtiers, des réservoirs en plastique, des enseignes, des isolateurs électriques stratifiés, des toits/panneaux de camion, des portes d’accès, des panneaux de commande et des jouets. Les réservoirs en plastique, en particulier, fournissent un bon exemple de la façon dont la nature d’un produit final façonne l’importance et la nature de la fabrication de plastique. Les réservoirs en plastique sont un produit en plastique populaire car ils dépendent fortement de la résistance à la corrosion chimique. De plus, la nature cylindrique des réservoirs nécessite des processus de fabrication très spécifiques, tels que le moulage par rotation ou le filamentage (un processus hautement automatisé qui tire les fibres à travers un bain de résine et autour d’un mandrin rotatif). Les processus de fabrication de plastique créent non seulement des produits indépendants, mais aussi des pièces qui servent de composants importants pour d’autres produits et systèmes. Des pièces en plastique de ce type comprennent des boulons, des écrous, des vis, des bagues de guidage, des joints toriques, des anneaux d’usure, des isolateurs, des adaptateurs, des paliers, des bagues, des entretoises et des rondelles.
Considérations
Parce que les fabricants de plastiques sont la source de tous les produits en plastique, chaque consommateur de composants en plastique dépend d’eux pour la création des produits dont ils ont besoin. Tout, des produits de stock tels que les rondelles en plastique aux produits sur mesure pour l’électronique spécialisée, doit être créé par un fabricant. Pour les fabricants de plastiques, le choix du processus de fabrication de plastique approprié est évidemment important. En général, la nature du produit final et la flexibilité du processus de fabrication devraient être les facteurs déterminants dans le choix du processus. La nature d’un produit final, y compris ses dimensions, sa composition chimique idéale (composition plastique/ non plastique, plastique/non plastique) et son application pratique, façonne l’ensemble du processus de fabrication du début à la fin. Les matériaux sont adaptés aux produits en fonction de la manière dont les propriétés du matériau soutiendront ou amélioreront les exigences d’application du produit. Par exemple, les produits en plastique fabriqués pour les industries alimentaire et médicale doivent être à la fois non toxiques et résistants aux contaminants. Afin d’éviter les dommages, la contamination ou la corruption causée par l’exposition à des substances telles que les graisses, les huiles et les fluides corporels, ils doivent également être étanches à l’eau. De plus, les pièces en plastique utilisées dans l’industrie automobile doivent être résistantes aux vibrations et à la rupture. La flexibilité d’un certain produit – et par extension, la flexibilité des processus de fabrication correspondants – est très importante car elle implique des conséquences financières. Les outils pour certains aspects de la fabrication (par exemple, le moulage par injection) peuvent être extrêmement coûteux. Il est donc important de limiter au minimum les changements de conception et d’application du produit.
Choix d’un fournisseur de fabrication de plastique
Trouver un fabricant de plastique de qualité est important car un fabricant non seulement effectuera les étapes de fabrication et d’assemblage de la création de produits, mais souvent également la phase de conception initiale. Comme l’a démontré un bref aperçu de la fabrication de plastique, l’ingénierie des plastiques est un processus de complexité trompeuse. Lorsqu’ils s’engagent dans le processus de conception, un fabricant de plastique doit prendre en compte de nombreux facteurs, tels que les plages de température de travail, les paramètres de taille, la dureté ou la souplesse, la couleur et les exigences de résistance à la traction. En général, les fabricants de plastiques proposent des produits dans des conceptions pré-ingénierisées et des tailles standard, présentant aux clients des exemples et des dimensions parmi lesquels choisir. Cependant, tout fabricant de plastiques de valeur se fera également un plaisir de concevoir des pièces spécialisées et sur mesure pour ceux qui le demandent, en s’appuyant sur des aides telles que la CAO (conception assistée par ordinateur) et la prototypage virtuel en 3D.
La fabrication de plastique est si complexe qu’il est courant que les fabricants indépendants se concentrent sur un seul aspect du processus (par exemple, l’extrusion et le moulage par injection). Cela peut souvent être avantageux pour le client, car cette concentration correspond souvent à une expertise et à des capacités approfondies. Un aspect à examiner lors de la recherche d’un fabricant de plastique est la qualité du contrôle. Des éléments de contrôle qualité tels qu’un codage à barres strict ou le système Kanban sont des signes de l’intégrité et de l’expertise d’un fabricant. En ce qui concerne la collaboration avec des fournisseurs de plastique plus proches du consommateur dans la chaîne d’approvisionnement, il est important de travailler avec des fournisseurs qui entretiennent des relations étroites avec des fabricants de plastique afin d’augmenter les options de fabrication personnalisée. De nombreuses normes qui régissent l’industrie du plastique dérivent de l’ISO. Par exemple, les normes régissant les thermoplastiques sont attachées à la norme ISO 306. ISO 9001:2008 est une norme plus générique axée sur la qualité du service client. Assurez-vous toujours que le fabricant de plastique avec lequel vous travaillez a un niveau élevé d’accréditation et d’adhésion aux normes de l’industrie.
