Application du PSU au moulage par injection : propriétés, processus et meilleures pratiques

Le polysulfone (PSU), parfois aussi appelé PSF, est un matériau technique thermoplastique hautes performances. Reconnu pour sa résistance thermique élevée, sa résistance mécanique et son excellente stabilité dimensionnelle, le PSU est largement utilisé en moulage par injection pour la production de pièces de précision et fonctionnelles. Son équilibre unique entre résistance mécanique, isolation électrique et résistance au fluage et au vieillissement en fait un choix privilégié pour de nombreuses industries. Dans cet article, nous explorerons l'application du PSU en moulage par injection, des propriétés du matériau aux exigences du procédé et aux considérations de conception.

Propriétés du PSU pour le moulage par injection

Pour commencer, PSU Il s'agit d'un plastique amorphe sans point de fusion précis. Sa température de transition vitreuse (Tg) est d'environ 190 °C et nécessite des températures de moulage supérieures à 280 °C. Les pièces d'alimentation moulées par injection présentent souvent une bonne transparence et une bonne résistance mécanique.

Une caractéristique importante du PSU est son comportement à l'état fondu. Il se comporte de manière similaire au PC (polycarbonate) avec une viscosité élevée et une sensibilité à la température. Bien que sa viscosité diminue significativement au-delà de 330 °C, le matériau présente encore une fluidité relativement faible. La conception du moule et les paramètres de traitement sont donc essentiels pour obtenir des produits sans défaut.

De plus, le PSU présente une faible absorption d'humidité (environ 0.6 %), bien inférieure à celle du nylon. Cependant, même de faibles quantités d'eau peuvent entraîner une dégradation lors du moulage à haute température. Un séchage adéquat est donc toujours nécessaire avant la transformation.

Applications courantes du moulage par injection de blocs d'alimentation

Grâce à ses excellentes propriétés thermiques et électriques, le PSU est utilisé dans une grande variété de pièces fonctionnelles moulées par injection. Parmi les applications courantes, on peut citer :

• Composants d'isolation tels que pièces de transformateur, boîtiers de contacteurs et capuchons de thyristors.
• Bobines de bobines, manchons isolants et borniers.
• Composants électroniques de précision tels que cartes de circuits imprimés et bagues.
• Couvercles, boîtiers et autres pièces fonctionnelles nécessitant une grande stabilité.

Les performances du PSU dans les environnements à haute température et à forte charge en font une alternative précieuse aux matériaux tels que le POM ou le PA66 lorsqu'une stabilité dimensionnelle et une résistance à la chaleur plus élevées sont requises.

Problèmes de contraintes internes dans le moulage par injection de PSU

Comme d'autres plastiques techniques, les pièces moulées par injection en PSU sont sujettes à des contraintes internes, susceptibles d'entraîner des fissures ou des défaillances prématurées. Quatre principaux types de contraintes sont couramment observés :

• Contrainte thermique – causée par un refroidissement irrégulier lors du moulage. La couche externe se solidifie plus rapidement que la couche interne, créant des contraintes de compression et de tension.
• Contrainte d'orientation – se produit lorsque les chaînes polymères s'alignent dans le sens de l'écoulement et ne peuvent pas se détendre en raison d'un refroidissement rapide.
• Contrainte de retrait – résulte d’un retrait inégal de différentes zones de la pièce moulée.
• Contrainte de démoulage – survient lorsque la conception du moule est incorrecte ou que les angles de dépouille sont faibles, ce qui provoque une déformation lors de l'éjection.

Pour minimiser ces contraintes, il est essentiel de contrôler la température du moule, l'épaisseur des pièces et l'uniformité du refroidissement. Pour les PSU, des températures de moule d'environ 130 °C sont généralement recommandées.

Exigences de traitement pour les PSU

Le PSU nécessite des conditions de traitement spécifiques pour obtenir des résultats optimaux. Voici quelques points clés :

• Séchage : Le PSU doit être séché avant moulage, idéalement à 120–140 °C pendant 3 à 6 heures. Pour les pièces critiques, un séchoir déshumidificateur est recommandé afin d'éviter toute dégradation.
• Conception de la vis : une vis à faible taux de compression avec un rapport longueur/diamètre de 14 à 20 est recommandée pour gérer sa viscosité élevée.
• Unité d'injection : Les machines doivent avoir un contrôle précis de la température, capable d'atteindre plus de 300°C, avec une faible vitesse de vis (15–45 tr/min).
• Conception de la buse : les buses chauffantes allongées avec des diamètres supérieurs à 5 mm aident à réduire la résistance à l'écoulement et à éviter la bave.

En suivant ces exigences de traitement, les fabricants peuvent garantir une qualité constante des pièces et éviter la dégradation des matériaux.

Considérations sur la conception des moules

La viscosité élevée du PSU et son rapport longueur/épaisseur d'écoulement relativement faible (environ 80) nécessitent une attention particulière lors de la conception du moule. Voici quelques recommandations :

• Maintenir l’épaisseur de la pièce au-dessus de 1.5 mm, de préférence au-dessus de 2 mm, pour améliorer l’écoulement.
• Utilisez des coins arrondis au lieu d’arêtes vives pour réduire les concentrations de contraintes.
• Maintenez la marge de retrait entre 0.4 % et 0.8 %, avec un retrait uniforme dans toutes les directions.
• Concevez des glissières courtes et larges et des portes de taille appropriée pour assurer un remplissage en douceur.
• Prévoir une ventilation adéquate avec des fentes de moins de 0.08 mm de profondeur pour permettre à l'air de s'échapper.
• Appliquer des températures de moulage comprises entre 130°C et 150°C pour des résultats optimaux.

Grâce à ces mesures, les pièces peuvent obtenir des surfaces lisses, une stabilité dimensionnelle et d’excellentes performances.

Paramètres clés du processus

Le succès du moulage par injection PSU dépend d'un contrôle minutieux des paramètres :

• Température du fût : Généralement réglée entre 280 °C et 315 °C. Des températures plus élevées améliorent l'écoulement, mais risquent de dégrader le produit au-delà de 320 °C.
• Pression d'injection : environ 100 MPa est courante, bien qu'une pression plus élevée puisse être nécessaire pour les pièces minces.
• Vitesse d'injection : Une vitesse d'injection plus faible est généralement préférable pour éviter la fracture de la masse fondue, sauf pour les parois très minces nécessitant un remplissage plus rapide.
• Vitesse de vis : Maintenir entre 15 et 45 tr/min pour réduire l'échauffement par cisaillement.
• Température du moule : Généralement entre 130°C et 150°C, jamais en dessous de 120°C.

L'équilibrage de ces paramètres garantit une qualité de moulage constante et évite les défauts courants tels que la fragilité, les vides ou les fissures sous contrainte.

Conclusion

Le PSU est un plastique technique hautes performances, idéal pour le moulage par injection de composants fonctionnels exigeant une résistance thermique, une résistance mécanique et une stabilité dimensionnelle élevées. Bien que sa viscosité élevée et sa tendance à générer des contraintes internes posent des défis de mise en œuvre, un séchage adéquat, une conception optimisée du moule et un contrôle rigoureux du procédé garantissent des résultats fiables.

Pour les fabricants à la recherche d'un matériau durable pour les pièces moulées par injection exigeantes, le PSU offre des avantages significatifs par rapport aux plastiques conventionnels.

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