Il est difficile de revenir sur les choix de matériaux pour le moulage par injection sans subir des pertes financières importantes. La plupart des fabricants privilégient d'abord les plastiques faciles à mettre en œuvre afin de réduire les coûts de production. Cependant, les fabricants visionnaires prennent également en compte la fiabilité des matériaux et la réduction du coût total de possession des pièces.
Dans cet exercice d'équilibre délicat entre besoins futurs et objectifs actuels, vous constaterez également qu'aucun polymère n'est identique à un autre. Même des matériaux de même composition chimique ne sont pas toujours interchangeables. Votre budget, l'environnement d'application et la géométrie de la pièce sont des facteurs déterminants dans votre décision finale. Ce guide présente les meilleurs plastiques pour le moulage par injection et vous fournit les critères de sélection qui vous permettront d'atteindre vos objectifs.
Que sont les plastiques moulés par injection ?
Les plastiques moulés par injection sont des résines polymères aux caractéristiques particulières utilisées dans la production en série de biens et de pièces industrielles.
Ces matières plastiques peuvent être fondues à haute température et injectées sous haute pression dans un moule métallique. Elles peuvent ensuite être refroidies et solidifiées rapidement pour former des pièces complexes.
Avant le processus de fabrication, les matières plastiques pour moulage par injection sont conditionnées, expédiées et stockées sous forme de petits granulés. Elles sont ensuite fondues et moulées en pièces de formes diverses lors de la transformation.
Les thermoplastiques sont des plastiques qui peuvent être réchauffés et remodelés après solidification. Ils sont entièrement recyclables.
Les thermodurcissables sont des plastiques qui forment des liaisons permanentes lors du moulage par injection. Les chutes de plastique ne peuvent pas être refondues pour être recyclées.
Plastiques courants utilisés dans le moulage par injection
Le choix des résines de moulage par injection est tout aussi crucial que l'optimisation de la conception, car un mauvais matériau peut compromettre l'ensemble du projet. La première étape consiste à bien comprendre les propriétés mécaniques et chimiques spécifiques de vos résines.
- Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
Utilisez ce matériau pour les pièces qui doivent être résistantes aux chocs et robustes sans sacrifier l'esthétique.
L'ABS est facile à travailler grâce à son faible taux de retrait. Il conserve ses tolérances dimensionnelles, ce qui est idéal pour les applications automobiles et les biens de consommation comme les tableaux de bord et les briques LEGO.
Attention à la décoloration lors de l'utilisation de pièces en ABS. Ce matériau ne résiste pas à une exposition prolongée aux UV : il jaunit et devient cassant.
Les ingénieurs contournent souvent cette limitation en utilisant des additifs tels que des antioxydants et des absorbeurs d'UV.
- Polypropylène (PP):
Pour les pièces devant résister à des environnements sujets à des déversements de produits chimiques ou à des fuites d'eau fréquentes, le polypropylène est le matériau de choix. C'est un thermoplastique cristallin économique, fabriqué à partir de monomères de propène.
Il résiste aux alcalis et aux solvants et n'absorbe pas l'humidité. Il peut être plié d'innombrables fois sans se casser.
Les principales applications du PP comprennent les bouchons de bouteilles en plastique, les récipients allant au micro-ondes, les seringues médicales et les pare-chocs de voiture.
La structure moléculaire du PP est symétrique, ce qui lui confère une faible viscosité à l'état fondu. Le PP fondu s'écoule avec peu de résistance, ce qui est bénéfique pour la longévité des moules. Cependant, le PP présente un taux de retrait élevé et est plus susceptible de se déformer.
- Polycarbonate (PC):
Lorsque vos pièces exigent une résistance extrême aux chocs et une transparence optique élevée, les mouleurs recommandent le polycarbonate (PC). Ce plastique technique permet de fabriquer des pièces pratiquement incassables, même en cas de fortes vibrations.
Le polycarbonate (PC) possède de longues chaînes moléculaires et des cycles benzéniques rigides qui lui confèrent une stabilité dimensionnelle accrue et une meilleure résistance à la déformation. Cependant, cette même structure moléculaire le rend plus visqueux et difficile à injecter, sauf sous des pressions extrêmement élevées et grâce à des procédés de conception innovants.
Grâce à sa haute transparence optique, la demande de PC dans la fabrication de vitres, de lunettes de sécurité et de lentilles de phares est en hausse.
- Polyamide / Nylon (PA6 / PA66)
Le nylon est un plastique technique doté de caractéristiques particulières, notamment :
- Haute résistance mécanique
- Stabilité thermique supérieure
- résistance à l'usure exceptionnelle
La structure moléculaire du nylon est composée de chaînes d'hydrocarbures et de polyamides. Ces chaînes forment des liaisons rigides lorsque le matériau est fondu, ce qui le rend rigide et résistant aux chocs.
Cette même configuration interne confère au nylon un faible coefficient de frottement et une fiabilité maximale dans les applications soumises à une forte usure mécanique.
Les pièces en nylon sont utilisées notamment pour les engrenages, les roulements, les collecteurs d'échappement et les colliers de serrage. Leur principal inconvénient réside dans leur hygroscopicité.
- Polyéthylène haute densité (HDPE)
Si vous avez besoin d'un plastique courant abordable, doté d'une résistance mécanique et d'une résistance à l'humidité élevées, le PEHD correspond à ce profil.
La résine semi-cristalline possède une architecture moléculaire linéaire avec des chaînes d'atomes de carbone qui s'empilent étroitement lorsqu'elles refroidissent après fusion.
Cette compacité confère au PEHD ses propriétés de haute densité, notamment une grande résistance aux chocs à basse température et une excellente résistance chimique. Il est couramment utilisé pour la fabrication de planches à découper, de tuyaux et de bacs de recyclage.
Cependant, la structure interne du PEHD le rend très sensible à la déformation et au retrait au moulage. Les mouleurs doivent veiller à ce que les pièces présentent une épaisseur de paroi uniforme et des angles arrondis.
- Polyéthylène basse densité (LDPE)
Pour les applications exigeant des thermoplastiques semi-cristallins, le PEBD est fortement recommandé. Il présente une faible rigidité structurelle et une haute résistance aux chocs à basse température.
Il est fiable lorsque vos pièces doivent être flexibles et chimiquement inactives. Principales applications :
- Films étirables
- Emballage à bulles
- Flacons cosmétiques
- Tuyaux d'eau
Attention : le PEBD possède des chaînes intermoléculaires très faibles comparées au PEHD, ce qui lui confère une faible résistance à la traction et une faible résistance à la chaleur. Il ne supporte pas les charges élevées continues.
- Polystyrène (PS / HIPS)
Choisissez du polystyrène standard si vous recherchez un thermoplastique courant offrant une transparence optique élevée. Optez pour du polystyrène choc, sa version modifiée au caoutchouc, si vous privilégiez la résistance et la robustesse.
La structure moléculaire du polystyrène est composée de chaînes hydrocarbonées avec des cycles benzéniques entre chaque atome de carbone. Cette structure empêche la cristallisation lors de la fusion de la résine, la contraignant à refroidir sous forme de solide amorphe. Ceci est bénéfique pour la transparence optique et la stabilité dimensionnelle des pièces.
Cependant, cette structure interne rend le polystyrène très fragile. Il se fissure et se brise facilement. Le polystyrène choc (HIPS) remédie à cet inconvénient en incorporant des granulés de caoutchouc au matériau avant sa fusion. Ces additifs agissent comme amortisseurs et renforts, mais ils rendent également le polystyrène plus opaque.
Les principales applications du PS comprennent les couverts jetables, les boîtes de Petri pour le diagnostic et les revêtements intérieurs de réfrigérateurs. Les GPP et les HIP sont tous deux hautement inflammables.
- Polyoxyméthylène / Acétal (POM / Delrin)
Peu de matériaux offrent une résistance mécanique aussi exceptionnelle et un faible coefficient de frottement que le polyoxyméthylène (POM). Il présente également une bonne stabilité dimensionnelle.
Les chaînes moléculaires de l'acétal sont très compactes (composées d'atomes de carbone, d'oxygène et d'hydrogène), ce qui confère à la résine une structure hautement cristalline. Cette organisation lui confère de nombreuses propriétés intéressantes, notamment une résistance au fluage et à la fatigue.
Le principal avantage du POM est sa capacité à résister à des charges mécaniques continues et à la flexion sans se rompre.
Les applications courantes incluent:
- Dents de fermeture éclair
- Engrenage
- Interrupteurs électriques
- Pièces du système de carburant
- Polyéthylène téréphtalate (PET)
Ce thermoplastique polyester est apprécié pour sa résistance, sa transparence et sa légèreté. Les pièces en PET sont extrêmement résistantes à l'humidité et aux infiltrations gazeuses.
L'agencement moléculaire des pièces en PET est déterminé par la vitesse de refroidissement. Si le matériau est refroidi rapidement, ses chaînes benzéniques et ester se figent, donnant naissance à des solides amorphes et très transparents.
Si on la refroidit lentement, les chaînes forment une matrice cristalline et opaque.
Les applications courantes du PET dans le moulage par injection comprennent la fabrication de bouteilles de boissons, de fibres textiles et de boîtiers de pièces automobiles.
10. Polyétherimide (PEI / Ultem)
Les responsables de projets de moulage par injection dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile choisissent fréquemment le polyétherimide pour sa haute résistance mécanique et sa résistance à la flamme.
Le PEI conserve sa fiabilité opérationnelle même à des températures supérieures à 180 degrés Celsius. Il est ignifugé et garde sa forme même sous de fortes contraintes mécaniques.
Cependant, le polyétherimide est un matériau coûteux. De plus, sa viscosité élevée le rend difficile à mouler par injection.
Les cas d'utilisation courants de PEI comprennent :
- plateaux d'autoclavage médical
- pièces de cuisine d'avion
- capteurs du compartiment moteur automobile
11. Caoutchouc silicone liquide
Le caoutchouc de silicone liquide est un élastomère thermodurcissable prisé pour sa grande stabilité thermique et son exceptionnelle biocompatibilité.
Le LSR est composé de deux composants liquides qui sont mélangés et durcis pour produire des pièces solides et flexibles qui ne fondent pas et ne se dégradent pas lorsqu'elles sont exposées à la chaleur.
Le principal avantage du LSR réside dans sa biocompatibilité. Non toxique et hypoallergénique, il est donc utile dans les applications médicales et alimentaires.
Les cas d'utilisation courants du caoutchouc de silicone liquide comprennent :
- Prothèses
- Cathéters
- scelleurs de filtres à sang
- Tétines
- Tétines de biberon
12. Polyéther éther cétone (PEEK)
Il s'agit d'un plastique de moulage par injection ultra-performant utilisé dans des environnements extrêmes où les métaux sont impraticables.
Le PEEK est le plastique technique par excellence, offrant une résistance chimique, une résistance à la chaleur et une rigidité structurelle incomparables.
Ses principales applications comprennent
- Supports structuraux pour l'industrie aérospatiale
- Implants médicaux
- équipement de forage pour l'exploration pétrolière
Le PEK est très coûteux et nécessite des températures de moulage extrêmement élevées pour obtenir les résultats souhaités.
13. Élastomères thermoplastiques (TPE / TPU)
Les élastomères thermoplastiques offrent l'élasticité du caoutchouc et la recyclabilité des plastiques, le tout dans un seul matériau.
Leur architecture moléculaire comprend des chaînes de copolymères alternées de blocs mous (chaînes de polyol amorphes) et de blocs durs (segments de polyamide cristallin).
De ce fait, le TPE et le TPU peuvent supporter une déformation élastique importante et reprendre leur forme initiale.
Le TPE et le TPU peuvent être moulés sur d'autres pièces en plastique ou en métal, ce qui réduit les coûts et la complexité de l'assemblage. Ce procédé est appelé surmoulage.
Les applications courantes des élastomères thermoplastiques comprennent :
- Coque de téléphone
- Joints
- Bracelets connectés de fitness
14. Acrylique / Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
L'acrylique est le plastique de choix pour le moulage par injection de pièces incassables et transparentes, utilisées en remplacement du verre. Ses principaux atouts sont sa grande clarté optique (92 % de transmission lumineuse), sa résistance aux rayures et aux intempéries.
Le PMMA est intrinsèquement incapable de cristalliser et se solidifie donc sous forme d'une matrice solide amorphe et désordonnée. Ceci explique sa transparence et sa rigidité. Ses liaisons internes sont extrêmement résistantes aux rayonnements électromagnétiques et à la dégradation par les UV.
L'acrylique est couramment utilisé dans la fabrication de :
- Lentilles optiques
- Écrans d'affichage
- boîtiers de feux arrière automobiles
Comment choisir le bon plastique pour le moulage par injection
Il n'existe pas de plastique idéal pour le moulage par injection, car un matériau excellent dans un secteur peut se révéler catastrophique dans un autre. Pour faire le meilleur choix, il est essentiel d'analyser attentivement les besoins de votre application, notamment les fonctions mécaniques requises et les contraintes de l'environnement d'utilisation. Enfin, il convient de choisir un matériau adapté à votre budget.
- Force mécanique
La résistance mécanique d'un matériau définit sa capacité à rester intact face aux forces extérieures. Les 3 facteurs de résistance mécanique les plus importants à prendre en compte pour votre plastique moulé par injection sont :
- Résistance à la traction – résistance à l'étirement
- Résistance à la flexion - résistance à la flexion
- Résistance aux chocs – capacité à absorber les chocs soudains sans se rompre
- Exposition environnementale
Une fois sorties des moules, la durée de vie et les performances des pièces peuvent être fortement influencées par les conditions climatiques, les produits chimiques et la température de leur environnement d'utilisation. Lors du choix de plastiques pour moulage par injection de haute qualité, il est souvent judicieux de prendre en compte les solvants, les huiles, les rayonnements, les UV ou l'humidité auxquels vos pièces seront exposées.
- Gestion thermique
Tenez compte des limites thermiques de transformation et de fonctionnement de la résine d'injection choisie. Un plastique à point de fusion extrêmement élevé peut être difficile à mettre en œuvre. Concernant la température de fonctionnement, observez la vitesse à laquelle le matériau se déforme sous l'effet de la température. Pour une meilleure longévité des pièces et une efficacité opérationnelle optimale, privilégiez un plastique présentant la température maximale de service continu la plus élevée.
- Exigences cosmétiques et optiques
Pour les pièces exigeant une clarté optique maximale, privilégiez les polymères transparents. Les résines amorphes présentent le taux de transmission lumineuse le plus élevé. Pour les surfaces et finitions brillantes, choisissez des matériaux offrant une qualité de surface et une stabilité de mise en œuvre optimales.
- Budget
Les résines techniques haute performance coûtent plus cher que les plastiques standard pour le moulage par injection. Il faut également tenir compte du volume de production. Si le coût d'un plastique haute performance onéreux peut se justifier lors du prototypage, il risque de grever vos marges lors du passage à la production de masse.
Meilleures matières plastiques pour moulage par injection selon la propriété
Voici les plastiques offrant les meilleures performances globales pour le moulage par injection :
Polyétheréthercétone (PEEK) – le plastique le plus résistant pour le moulage par injection
Ce matériau résiste à des contraintes de traction élevées, supérieures à 100 MPa. Il ne se déforme pas et ne subit aucun fluage sous charge mécanique constante. Renforcé par des fibres de carbone, il offre des performances équivalentes à celles du métal dans ses diverses applications.
Polypropylène (PP) – plastique le moins cher pour le moulage par injection
Le polypropylène coûte entre 1.01 et 1.57 dollar le kilogramme sous sa forme de résine vierge standard. Sa densité est extrêmement faible (0.90 g/cm³) et sa mise en œuvre est très aisée grâce à son caractère hydrophobe et à son bas point de fusion.
Polyoxyméthylène (acétal / POM) – plastique de moulage par injection le plus durable
Nous avons précédemment découvert que les molécules internes du POM sont très compactes, ce qui lui confère une robustesse et une stabilité dimensionnelle exceptionnelles. Sa haute résistance à la traction le rend indéformable même sous des charges prolongées. Autolubrifiant, il offre une durée de vie accrue, même dans les applications où le frottement est inévitable.
Polycarbonate (PC) – le meilleur plastique pour le moulage par injection de pièces transparentes
La structure moléculaire amorphe du polycarbonate lui permet de transmettre une quantité maximale de lumière (95 % de transmission lumineuse) avec une diffusion minimale. Son indice de réfraction de 1.584 permet de le mouler en pièces transparentes sans risque de déformation.
Polyuréthane thermoplastique (TPU) – le meilleur plastique pour les pièces flexibles moulées par injection
Comme mentionné précédemment, le TPU possède une structure moléculaire de copolymère à blocs composée de sections souples et rigides. Cela lui permet notamment de s'étirer bien plus que d'autres résines tout en reprenant sa forme initiale sans se déchirer ni perdre de sa résistance.
Tableau comparatif des plastiques moulés par injection
| Source | Prix | Résistance à la traction | Souplesse | Temp de fonctionnement maximum | Caractéristique unique |
| PP | Ultra bas | Low | Haute | 100 ° C | Charnières intégrées pour le confort du conducteur ; excellente résistance à la fatigue. |
| HDPE | Low | Low | Moyenne | 80 ° C | Barrière contre l'humidité ; sans danger pour les aliments et les produits chimiques. |
| ABS | Moyenne | Moyenne | Low | 85 ° C | Excellente résistance aux chocs et aspect de surface impeccable. |
| Nylon | Moyen-élevé | Haute | Moyenne | 120 ° C | Résistance à l'usure autolubrifiante ; durée de vie élevée en cas de frottement. |
| PC | Moyen-élevé | Haute | Low | 135 ° C | Résistance aux chocs à toute épreuve et clarté optique. |
| POM | Moyen-élevé | Haute | Low | 105 ° C | Stabilité dimensionnelle élevée ; fluage structurel nul. |
| PMMA | Moyenne | Moyenne | Rigide/Cassant | 90 ° C | Résistance exceptionnelle aux UV et transmission optique. |
| PEEK | Très haut | Extrême | Low | 250 ° C | Polymère de substitution métallique pour environnements extrêmes. |
| LSR | Haute | Faible-moyen | Extrême | 200 ° C | Caoutchouc thermodurcissable ; stabilité thermique et chimique extrême. |
| TPE | Haute | Low | Très haut | 70 ° C | Flexibilité élastomère ; idéale pour le surmoulage souple. |
Conclusion
Choisir le meilleur plastique pour le moulage par injection est une décision judicieuse si elle est prise en tenant compte de la conception de la pièce, des paramètres de production souhaités et des marges de fabrication. Chaque polymère possède une composition chimique et physique unique, ce qui rend l'interchangeabilité des moules impossible. Il est impossible d'utiliser un plastique standard bon marché dans un moule conçu pour une résine technique haut de gamme. C'est pourquoi il est essentiel de choisir ses plastiques avant la fabrication du moule. Ce guide vous aidera à faire les meilleurs choix de matériaux.
