Moulage par injection de TPU : matériau, propriétés, procédé et conception

Moulage par injection de TPU

Le moulage par injection Cette technologie ne se limite pas aux thermoplastiques classiques ; elle s’applique également aux élastomères, ainsi qu’à d’autres matériaux. Le TPU est un élastomère haute performance utilisé pour le moulage par injection de pièces et de produits divers. 

Les TPU sont flexibles, résistants à la fatigue et durables, offrant une résistance à la traction élevée. Si vous travaillez avec des matériaux TPU pour le moulage par injection ou si vous vous demandez quels TPE pourraient convenir, cet article vous propose un aperçu détaillé du processus de moulage par injection des TPU.

Qu'est-ce que le polyuréthane thermoplastique (TPU) ?

Matériau TPU 

Le TPU est un élastomère thermoplastique qui combine les propriétés du caoutchouc et du plastique, offrant un équilibre entre flexibilité et robustesse, une bonne résistance à l'abrasion et une résistance mécanique élevée. Compatible avec les systèmes de moulage thermoplastique standard, il permet de réaliser des pièces et des produits complexes. 

La formation moléculaire du TPU repose sur un processus de polymérisation par étapes. Cela signifie que le polymère TPU se forme par une réaction chimique progressive entre des diisocyanates, des polyols et des agents d'allongement de chaîne, ainsi que des additifs spécifiques.  

De plus, des granulés de TPU brut (de la couleur souhaitée) sont utilisés pour le moulage par injection. 

Quelles sont les propriétés du polyuréthane thermoplastique ? 

Ses propriétés peuvent varier, car il existe une gamme de TPU allant de souple à rigide, voire de rigide à très rigide. Cependant, il est considéré comme un élastomère haute performance, présentant des propriétés combinant celles du caoutchouc et du plastique.

Les TPU à usage général offrent une résistance à la traction et à la déchirure élevée, un excellent allongement à la rupture, une résistance à l'abrasion, une résistance chimique et une stabilité thermique jusqu'à 120 °C.

Le tableau ci-dessous présente ensuite les propriétés du matériau en polyuréthane thermoplastique.

Le processus de moulage par injection de TPU 

moulage TPU

Le moulage par injection de TPU est similaire au moulage par injection de thermoplastiques standard : les granulés sont introduits dans la trémie. Le cylindre d’alimentation fait fondre les granulés et les transfère à la buse. Le TPU fondu est ensuite injecté sous haute pression dans un moule en acier trempé ou en aluminium. 

Le matériau d'alimentation fluide épouse les contours de la cavité lors de sa solidification, révélant ainsi la forme souhaitée à l'ouverture et à l'éjection du moule.

Examinons la liste des étapes impliquées dans le moulage de pièces en TPU.

• Sélectionnez un grade de matériau TPU adapté en fonction du niveau de dureté souhaité.
• Réglez les paramètres de la machine de moulage par injection, tels que la pression, la taille de l'injection et le contrôle de la température. 
• Introduisez les granulés de TPU destinés au moulage par injection dans la trémie.
• Avec une température de cylindre contrôlée, injectez le TPU fondu dans la cavité du moule.
• Laisser refroidir le moule rempli pendant une durée prédéterminée, afin de garantir une solidification uniforme de la pièce.
• Éjectez la pièce en TPU solidifié du moule et appliquez les opérations de post-traitement.
• Effectuer les inspections et mesures nécessaires pour assurer le contrôle de la qualité.

Quels sont les principaux avantages du TPU ?

Comme mentionné précédemment, le TPU est un matériau élastique doté d'une grande robustesse. De plus, il offre plusieurs autres avantages en matière de fabrication, notamment une résistance chimique et aux UV, une bonne isolation et une grande polyvalence d'utilisation dans l'industrie.

Ensuite, la liste ci-dessous récapitule les principaux avantages du TPU :

• Résistance à l'abrasion: Les matériaux TPU rigides sont très résistants à l'abrasion.
• Nature élastique : Le TPU est un matériau élastique présentant une excellente capacité d'allongement à la rupture, jusqu'à 700 %.
• Robustesse et durabilité : Les TPU sont résistants et peuvent durer jusqu'à 10 ans.
• Attrait esthétique : Un large choix de couleurs de TPU est disponible, et les pièces conservent leur finition et leur esthétique pendant longtemps.
• Résistance aux UV : Les propriétés originales ne sont pas compromises lorsque pièces moulées par injection TPU sont exposés à la lumière du soleil ou à des environnements difficiles.
• Compatibilité avec les basses températures : Les pièces en TPU peuvent fonctionner dans des conditions de températures négatives, jusqu'à -50 °C.
• Absorption d'eau minimale : Le TPU est hydrophobe et possède un taux d'absorption d'eau d'environ 0.2 %.
• Biocompatibilité: Les TPU, comme Exin RxT80A et Quadrathane ALC, sont biocompatibles et sûrs pour un usage médical.
• Résistance chimique: Les TPU résistent aux acides et aux alcalis faibles, aux huiles, aux graisses, aux hydrocarbures et à quelques alcools. 

TPU contre Moulage par injection d'uréthane

Moulage par injection de TPU vs uréthane

L'uréthane est un élastomère thermodurcissable, tandis que le polyuréthane est un élastomère thermoplastique. De par cette différence de composition, les deux procédés de moulage par injection nécessitent des outillages de moule, des pressions d'injection et des niveaux de précision différents.

Le moulage par injection d'uréthane est souvent appelé moulage de polyuréthanes thermodurcissables. En moulage d'uréthane, on utilise généralement des moules en silicone, tandis que le moulage de TPU fait appel à des moules d'injection métalliques.

Le moulage par injection de TPU est privilégié pour sa précision, sa stabilité dimensionnelle et sa durabilité à long terme. En revanche, le moulage d'uréthane est parfaitement adapté au prototypage économique et à la production en petites séries.

Applications des pièces moulées par injection TPU 

produits de moulage par injection TPU

Les pièces et produits en TPU moulé sont utilisés dans de nombreux secteurs, notamment lorsque la flexibilité et la résistance à l'usure sont essentielles. Ils trouvent des applications dans diverses industries, telles que l'automobile, l'électronique grand public, le médical, les systèmes industriels et la chaussure. 

Le TPU est également une option appropriée pour le processus de surmoulage, qui le combine avec des plastiques rigides comme l'ABS et le polycarbonate. Examinons le tableau ci-dessous pour des exemples d'application de pièces en TPU moulées par injection dans différents secteurs industriels.

Directives de conception pour le moulage par injection de TPU 

conception de moules d'injection TPU

La précision, la faisabilité, le coût de production unitaire et la qualité globale des pièces/produits moulés par injection en TPU dépendent fortement de leur conception. Par conséquent, lors de la conception de pièces en TPU et de moules d'injection, il est essentiel de prendre en compte plusieurs facteurs clés.

Passons maintenant aux principales directives de conception pour les pièces et les moules en TPU injecté. 

Directives de conception des pièces en TPU 

• Allocation de retrait : Tenez compte du retrait du matériau TPU (0.2-2%) qui se produit après que le TPU se soit solidifié dans le moule. 
• Épaisseur de la paroi de la pièce : Une épaisseur irrégulière des pièces moulées peut engendrer des défauts tels que des retassures. Il est donc important de maintenir une épaisseur uniforme (jusqu'à 3 mm). 
• Coins arrondis: Les rayons (interne et externe) doivent être ≥ 0.5 × l'épaisseur de la paroi, et des coins arrondis doivent être utilisés pour éviter la concentration des contraintes.
• Caractéristiques des côtes : Ajoutez des nervures à la surface des pièces dont la hauteur est inférieure à 3 fois l'épaisseur de la paroi (t) pour renforcer la structure. 
• Angle de dépouille: Tenir compte de l'angle de dépouille pour une éjection sans défaut des pièces, généralement de 1 à 3 °.

Directives de conception des moules d'injection 

• Fentes d'aération : Il convient de prévoir une ventilation adéquate du moule d'injection, avec des fentes de 0.02 à 0.05 mm de diamètre. Il est essentiel d'éviter toute emprisonnement d'air.
• Emplacement de la porte : Placez le point d'injection du moule à l'endroit où la pièce est la plus épaisse. Cela facilite le tassement et la relaxation des contraintes.
• Texture de surface du moule : La qualité de finition de la pièce en TPU moulée dépend de la paroi de la cavité du moule. Cependant, un polissage excessif est à éviter, car il rendrait le démoulage difficile.

Conseils pour réussir le moulage par injection de TPU

Le contrôle de la température de moulage, l'utilisation d'une pression et d'une vitesse d'injection précises, un refroidissement uniforme et le maintien d'une pression de maintien appropriée sont essentiels pour la réussite du moulage par injection TUP. 

Voici quelques conseils utiles concernant le moulage par injection TUP. 

• Contrôle précis de la température du processus : En fonction de la qualité du TPU, contrôler la température de fusion (environ 180–230 °C) et la température du moule (environ 30–60 °C).
• Pression d'injection : Utilisez une plage de pression de 60 à 100 MPa à une vitesse modérée.
• Assurer un refroidissement uniforme : Choisissez un temps de refroidissement plus long et un système adapté pour obtenir un refroidissement uniforme du moulage en TPU. 
• Pression de maintien : Maintenir la contre-pression à environ 50-80 % de la pression d'injection.

Défis et solutions du moulage par injection de TPU

Bien que le TPU soit facilement moulable aux formes souhaitées, il existe quelques défis liés à l'exécution du processus, aux imprécisions dimensionnelles et à la finition, au retrait, à l'ouverture du moule et à la formation de bavures.

Examinons le tableau ci-dessous, qui présente les défis, les causes et les solutions liés au moulage du TPU.

résumer 

Les matériaux TPU peuvent être moulés par injection pour obtenir des formes complexes, grâce à l'utilisation d'outillages et de paramètres de procédé adaptés. Le moulage du TPU offre de nombreux avantages pour diverses applications, grâce à sa combinaison de haute élasticité, de résistance à l'abrasion, de résistance aux chocs et de durabilité. 

De la conception initiale à la production et au post-traitement, plusieurs facteurs doivent être pris en compte pour obtenir des résultats de haute qualité. 

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FAQ

Quel est l'inconvénient du TPU ?

Les principaux inconvénients du matériau TPU sont la lenteur des cycles de moulage, les difficultés de traitement et sa sensibilité à l'humidité.  

Le TPU est-il un plastique ou un caoutchouc ?

Le TPU est un élastomère, un hybride de plastique et de caoutchouc, qui se comporte comme du caoutchouc et peut être transformé comme des thermoplastiques.