Le PVC peut être un atout ou un inconvénient majeur. C'est un matériau très gratifiant, mais extrêmement difficile à travailler. Si vous avez besoin de pièces aux performances exceptionnelles, même par temps glacial, le moulage par injection de PVC est la solution.
Mais si vous ne le traitez pas correctement lors de sa transformation, le PVC vous décevra. Poursuivez votre lecture pour découvrir les meilleures stratégies pour réussir le moulage par injection de PVC.
Qu'est-ce que le PVC (chlorure de polyvinyle) ?
Pendant près d'un siècle, le chlorure de vinyle a été considéré comme un déchet de l'industrie du chlore. En 1926, Waldo Semon découvrit le PVC plastifié en travaillant avec du PVC dans un solvant à point d'ébullition élevé.
Aujourd'hui, la production à grande échelle de PVC se fait par réaction entre l'éthylène et le chlore. On obtient ainsi le chlorure de vinyle monomère, qui est ensuite plastifié par la chaleur et des produits chimiques.
Le PVC résiste au feu, aux produits chimiques et à une utilisation prolongée pendant de nombreuses années. Cependant, le moulage par injection de PVC peut s'avérer complexe. Ce matériau est très sensible aux températures élevées et peut entraîner la corrosion du moule. Il exige un contrôle rigoureux du processus, mais nous y reviendrons plus tard.
Types et qualités de PVC
Les deux principaux types de PVC sont le PVC rigide (uPVC) et le PVC souple (PVC-P). Le PVC rigide est utilisé pour les applications exigeantes comme les tuyaux, tandis que le PVC souple est utilisé pour les joints et les tubes.
| PVC | Propriétés | Utilisations |
| PVC-U (uPVC) | Non plastifié et rigide | Tuyaux d'eau, cadres de fenêtres et portes |
| PVC-P (flexible) | Plastifié et souple | Isolation des câbles et tubes médicaux |
| PVC chloré (CPVC) | Résistant à des températures plus élevées que le PVC standard | Extincteurs automatiques |
| Chlorure de polyvinyle orienté (PVC-O) | Solide et ductile | Systèmes d'eau à haute pression |
| Chlorure de polyvinyle modifié (PVC-M) | Solide et résistant aux fissures | Conduites de gaz, conduites de produits chimiques industriels |
Les qualités de PVC utilisent le système de valeurs K, où chaque plage de valeurs identifie la facilité de fabrication et les principales applications de la qualité.
| Plage de valeurs K | Type de qualité | Propriétés | Applications |
| K50 – K55 | Spécial | Plus facile à transformer, mais résistance mécanique moindre. | Séparateurs de batteries, résines de mélange. |
| K57 – K60 | Low | Fluidité élevée, fusion facile, faible viscosité. | Moulage par injection, moulage par soufflage et films transparents. |
| K65 – K68 | Moyenne | Un équilibre parfait entre résistance et facilité de fabrication. | Tuyaux standard, profilés de fenêtres et usage général. |
| K70 – K75 | Haute | Force supérieure, plus difficile à transformer. | Tuyaux haute pression, revêtements de sol industriels et isolation des câbles. |
Caractéristiques et propriétés clés du PVC
Le PVC est fiable dans de nombreuses applications car il est inerte. Il ne réagit pas au contact des acides et des bases.
Il possède une rigidité diélectrique supérieure, ce qui en fait un excellent isolant.
Le PVC ne conduit pas facilement la chaleur. C'est l'un des matériaux d'isolation thermique les plus économiques et performants connus.
Outre sa protection contre l'électricité et la chaleur, il offre également une résistance à la traction exceptionnellement élevée. Malgré sa légèreté, ce matériau peut supporter des charges mécaniques importantes.
Avantages du PVC
- Permet de faire des économies car il ne rouille pas et ne pourrit pas
- Vous pouvez l'utiliser pour alléger la structure et ainsi économiser de l'énergie et réduire les coûts de main-d'œuvre.
- Il est non poreux, donc hygiéniquement fiable dans les applications médicales et agroalimentaires
- Sa disponibilité est garantie même en cas de fluctuations des marchés pétroliers – il n'est pas composé à 100 % de pétrole (57 % de sel en poids).
- Le PVC est entièrement recyclable
Inconvénients et considérations
- Le PVC ne résiste pas aux hautes températures – il ramollit.
- Lorsque le PVC surchauffe ou se dégrade pendant sa transformation, il peut libérer du HCl, qui peut corroder les vis, les cylindres et les moules.
- Après de nombreuses années de forte contrainte mécanique, sa forme se modifie.
Directives de conception pour le moulage par injection de PVC
Considérations relatives à la conception des produits en PVC
Veillez à ce que les parois soient uniformes. Avec le PVC, une épaisseur irrégulière crée inévitablement des tensions internes et des marques de retrait.
Arrondissez tous les angles internes d'au moins 25 % de l'épaisseur de la paroi de la pièce. Les angles vifs peuvent être esthétiques, mais ils réduisent la résistance structurelle des pièces en PVC.
Le PVC possède un coefficient de frottement élevé. Pour éviter les marques de frottement, prévoyez un angle de dépouille important, d'au moins 2 à 3 degrés. Sinon, vous risquez d'être contraint de démouler la pièce au burin.
Des parois plus fines sont avantageuses pour le bilan financier car elles permettent de réduire les coûts. Mais pas avec le PVC. En raison de sa grande sensibilité au cisaillement, on risque une dégradation thermique et une rupture par flexion. Il est préférable d'utiliser des parois plus épaisses, mais de les évider et d'y ajouter des nervures internes.
Évitez les contre-dépouilles étroites, car le matériau a tendance à y adhérer. Veillez également à ce que les nervures représentent 50 à 60 % de l'épaisseur nominale de la paroi afin d'éviter les retassures.
Conception de moules et de portails en PVC
Utilisez une buse large pour permettre un écoulement libre et non forcé. Pour le PVC, le fort cisaillement engendré par les buses étroites provoque une dégradation chimique qui le rend corrosif. Dans ce cas, les buses à ailettes sont préférables aux buses à picots.
Un moule complexe coûte finalement moins cher que cinq moules simples. L'idée qu'on puisse simplifier des pièces complexes en les décomposant en moules séparés est fausse.
En intégrant tous les composants dans un seul moule, vous éliminez les erreurs humaines et les processus d'assemblage coûteux.
Une pièce en PVC texturée est préférable à une pièce lisse. La texture lui confère une meilleure stabilité dimensionnelle. Privilégiez les surfaces micro-texturées. Cela permet de réduire la pression d'injection et, par conséquent, les contraintes internes et les déformations.
Comme mentionné précédemment, le PVC peut devenir corrosif à haute température. Si vous n'utilisez pas de moules en acier de haute qualité (420 ou S136), vous risquez de perdre votre investissement à cause de la corrosion et de la rouille.
À l'intérieur du moule, l'air emprisonné peut brûler la surface de vos pièces en PVC. Mais si vous ajoutez des évents près de l'extrémité de chaque circuit d'écoulement, les gaz s'échappent et le taux de rebut diminue.
Processus de moulage par injection de PVC étape par étape
Étape 1. Préparation du matériel
Ne laissez pas le PVC chauffer pendant des heures pour le sécher. Il n'est pas hygroscopique. Cependant, ne négligez pas complètement le séchage : séchez-le rapidement et délicatement.
Étape 2. Alimentation de la machine
Remplissez la trémie à moitié afin que le poids du tas n'obstrue pas l'écoulement du matériau. N'alimentez la machine qu'avec la quantité nécessaire pour une heure, sinon la pression et la régularité des pièces seront instables.
Étape 3. Fusion
Augmentez la température, mais sans brûler le matériau au point qu'il devienne liquide. À haute température, le PVC libère des acides corrosifs. La température de fusion optimale du PVC se situe entre 160 °C et 190 °C.
Utilisez davantage de chaleur par cisaillement et moins de chaleur par le cylindre. Les cylindres ne chauffent que l'extérieur et non l'intérieur de la résine, ce qui provoque une brûlure en surface.
Étape 4. Injection
Si le PVC refroidit, il cesse de se déformer. L'injection doit être effectuée dès que le matériau a fondu. L'injection doit être rapide afin de bien remplir les angles avant que la résine ne se rétracte. Utilisez une pression d'injection de 70 à 150 MPa.
Étape 5. Maintenir
Il est impératif d'appliquer une pression de maintien afin d'éviter tout reflux ou retrait du matériau. Commencez le compactage à 50 % de la pression d'injection. Vous pourrez ensuite l'augmenter légèrement jusqu'à 80 %. Sans cette étape, la résistance et la précision dimensionnelle de votre pièce seront compromises.
Étape 6. Refroidissement et éjection
Vous pourriez laisser la pièce sur le moule jusqu'à ce qu'elle soit froide au toucher, mais cela vous coûterait une fortune. Il faut donc l'éjecter dès qu'elle est ferme et chaude.
Si nécessaire, refroidissez-le dans un récipient d'eau hors du moule. Cela réduit de moitié vos coûts de main-d'œuvre et évite les déformations.
Paramètres de traitement du PVC recommandés
- Maintenir la température de fusion entre 160 °C et 190 °C pour le PVC rigide et entre 140 °C et 190 °C pour le PVC souple.
- La pression d'injection doit être de 70 à 100 MPa pour le PVC souple et de 100 à 150 MPa pour le PVC rigide.
- La température de moulage idéale est de 20 °C à 50 °C pour le PVC souple et de 40 °C à 60 °C pour le PVC rigide.
- La vitesse d'injection doit être de 20 à 50 mm/s
Défis et dépannage
Points noirs
Assurez-vous que la température se situe dans la plage recommandée pour le matériau. Vérifiez également que la vis et le canal d'alimentation ne sont pas obstrués. Utilisez toujours un moule propre et bien poli. Si la résine ne peut pas s'infiltrer, elle ne peut pas brûler.
Autres solutions viables pour les points noirs dans le moulage par injection de PVC :
- Réduire le temps de cycle
- Réduisez la chaleur dans la zone d'alimentation
- Maintenez la contre-pression entre 800 et 1000 psi.
Lignes de soudure faibles
Une cicatrice se forme à la jonction de deux lignes de flux. Si cette ligne de soudure s'avère plus fragile que prévu, il est conseillé de déplacer le point d'injection afin que les flux se rejoignent dans une zone plus épaisse de la pièce. Il est inutile d'augmenter la température, car cela fragilise les liaisons PVC.
Marques d'évier
Des retassures apparaissent aux endroits où les nervures et les bossages les plus épais ont été utilisés. Ces retassures peuvent nécessiter une pression de maintien plus importante ou un temps de séchage plus long, ainsi que des corrections de conception de la pièce, comme la réduction de l'épaisseur entre les nervures et la paroi.
Vous pouvez également prévenir les marques de retrait en :
- S'assurer que les nervures et les bossages ne dépassent pas 60 % de l'épaisseur nominale de la paroi.
- Carottage de sections plus épaisses
- Utiliser des rayons de courbure généreux pour éviter l'accumulation de contraintes
Gauchissement
Si une pièce en PVC se déforme, la cause la plus probable est un refroidissement trop rapide. Si le refroidissement est trop rapide, la surface extérieure de la pièce se solidifie tandis que le cœur reste fondu. Cela provoque un retrait différentiel qui, à terme, entraîne la déformation.
Il faut toutefois tenir compte des fluctuations de pression. Si la pression est irrégulière, le matériau ne pourra pas remplir complètement la cavité lors de son retrait.
Voici d'autres moyens d'empêcher le PVC de se déformer :
- Placer les portes dans les sections les plus épaisses
- Ajout de nervures et de goussets pour améliorer la résistance des parois
- Utilisation de broches d'éjection qui appuient sur les sections les plus épaisses
Adhésion des moisissures
Les pièces peuvent adhérer au moule en raison de la dégradation du matériau ou d'une force de serrage excessive. La sensibilité du PVC au cisaillement le rend encore plus susceptible d'adhérer que toute autre résine. Les solutions comprennent :
- température du canon ou du moule inférieure
- Réduisez la pression de maintien pour éviter le suremballage.
- Augmenter le temps de refroidissement afin que la pièce puisse se solidifier complètement.
- Utilisez des angles de dépouille plus larges
- Utilisez un agent de démoulage à base de silicone
Applications industrielles du moulage par injection de PVC
Plantes chimiques
Le moulage par injection de PVC permet de fabriquer les vannes et les raccords nécessaires au maintien de l'intégrité des équipements de traitement chimique. Ces pièces résistent aux acides, aux bases et aux alcools.
Isolation électrique
Les secteurs de l'électricité , de l'automobile et de la construction ont de plus en plus recours au moulage par injection de PVC pour résoudre des problèmes d'isolation complexes. Le PVC est peu coûteux et possède une rigidité diélectrique exceptionnelle. Il est utilisé pour fabriquer :
- Les boîtes de jonction
- Raccords de tuyauterie
- Raccords de conduit
- Connecteurs de câbles et protections
- Panneaux et tableaux de bord internes
Équipement médical
Le moulage par injection de PVC permet de produire des pièces non poreuses qui n'abritent pas de bactéries. Des additifs antimicrobiens peuvent être incorporés au matériau pour le rendre durablement résistant à la prolifération microbienne. Ceci en fait un matériau fiable pour la production de composants biocompatibles et de dispositifs médicaux , notamment :
- Tubes et connecteurs pour dialyse
- Poches de sang et composants
- Tuyaux de pompe médicale
- Raccords de ventilateur et masques respiratoires
- Connecteurs pour cathéters
Exploration marine
Le PVC résiste à la corrosion par l'eau de mer. Il supporte une exposition prolongée aux produits chimiques et aux UV. Le moulage par injection du PVC est donc important pour la fabrication de :
- équipements d'exploration pétrolière et gazière marine,
- Capteurs océanographiques
- Équipement de recherche côtière
Machinerie industrielle
Dans les applications industrielles lourdes, les vibrations constituent un problème persistant qui nuit à l'efficacité et à la durée de vie des équipements. Heureusement, le moulage par injection de PVC permet de fabriquer les composants nécessaires à l'amortissement des vibrations, grâce à la nature viscoélastique du matériau. Exemples de pièces :
- Pieds de machine et supports de nivellement
- Goupilles de bobine pour moteurs et pompes
- Tampons, coussins et pare-chocs
- Boîtiers et panneaux pour enceintes industrielles
Alternatives potentielles au plastique PVC
Élastomères thermoplastiques (TPE)
- Le TPE est idéal pour les poignées et les joints d'étanchéité des équipements.
- Contrairement au PVC, il reste flexible même à des températures plus basses.
- Il ne nécessite pas de plastifiants.
Polyuréthane thermoplastique (TPU)
- Le TPU est utilisé dans les tubes médicaux, les joints automobiles et les poignées douces au toucher.
- Il est flexible, durable et résistant à l'abrasion.
- Il peut supporter des charges plus importantes que le PVC.
Monomère d'éthylène propylène diène (EPDM)
- Il résiste à une exposition prolongée à la chaleur, aux UV et à l'ozone
- Idéal pour les joints d'étanchéité des systèmes de chauffage, ventilation et climatisation et les joints automobiles.
- Idéal pour l'amortissement des vibrations et l'isolation électrique
Silicone (caoutchouc de silicone liquide – LSR)
- LSR est capable de résister à des températures glaciales et caniculaires (-50°C à 200°C)
- Il reprend sa forme initiale lorsqu'il est comprimé.
- Il est surtout précieux dans le domaine de la santé et des applications médicales, bien qu'il ait d'innombrables autres cas d'utilisation.
Caoutchouc naturel (vulcanisé)
- Le caoutchouc naturel offre une meilleure absorption d'énergie interne que le PVC.
- Il reprend sa forme initiale lorsqu'il est comprimé.
- Ses principales applications comprennent les composants d'amortissement des vibrations et les dispositifs médicaux.
EzraMade
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Quelles sont les meilleures pratiques pour le moulage par injection de PVC ?
Utilisez un moule en acier inoxydable poli ou chromé et une vis à faible taux de compression. Cela protège la machine contre la corrosion chimique et empêche le moule de se corroder.
Installez des régulateurs de température dans chaque zone. Ne laissez pas le matériau trop longtemps dans le fût. Cela contribue à prévenir la dégradation de la chaîne polymère.
Purgez soigneusement la machine après chaque cycle. Si vous laissez du PVC dans un tambour chaud, il se carbonise, ce qui provoque l'apparition de points noirs lors du cycle suivant.
Réduisez la vitesse de rotation de la vis à 30–60 tr/min. Le PVC est sensible à la chaleur de friction. À des vitesses de rotation élevées, le PVC se dégrade avant même d'entrer dans le moule.
Conclusion
Le moulage par injection de PVC est essentiel pour l'isolation électrique, l'amortissement des vibrations et les dispositifs médicaux. Cependant, sa plage de fonctionnement est étroite. Choisir les bonnes qualités de PVC, optimiser la fluidité du moulage et maintenir un contrôle rigoureux de la température sont indispensables pour obtenir des résultats de qualité.
FAQ
Le PVC est très sensible aux variations de température. À des températures légèrement élevées, la résine peut se dégrader et libérer des acides corrosifs à l'intérieur du moule.
Oui. Car l'acide chlorhydrique libéré lors du traitement du PVC peut corroder les vis et les cylindres standard.
Le PVC souple est rendu doux et ductile grâce à l'ajout de plastifiants. Il est utilisé pour des applications nécessitant de la flexibilité, comme les joints et les amortisseurs de vibrations. Le PVC rigide, quant à lui, est rigide et ne contient pas de plastifiants. Il est utilisé pour des applications exigeant résistance et robustesse, comme les tuyaux et les raccords.
Références
- Guides de traitement des fabricants pour le PVC-U et le PVC-P : https://www.researchgate.net/publication/237732382_Manufacturing_and_Processing_of_PVC
- Moulage par injection de PVC : https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-009-5614-8_15
- Moulage par injection de PVC : https://www.fictiv.com/articles/pvc-injection-molding
- Directives relatives au moulage par injection de PVC : https://www.scribd.com/document/604692444/PVC-Injection-Molding-Guidelines
