Additifs et charges pour la moulage par injection
La polymère de base n’est qu’un point de départ. Les additifs et les charges peuvent transformer un plastique de base en matériau d’ingénierie, ou complètement détruire sa processabilité. J’ai vu des projets réussir grâce à un bon package d’additifs, et j’ai également vu des outils d’une valeur de millions de dollars échouer parce que quelqu’un ne comprenait pas ce qui se passait lorsqu’on ajoutait 30 % de fibres de verre à l’ABS. Je vais expliquer ce que font réellement les additifs et comment ils affectent votre pièce.
Points clés
| Aspect | Informations clés |
| -------- |
|---|
| Aperçu des additifs |
| Concepts de base et applications |
| Considérations de coût |
| Varie selon la complexité du projet |
| Bonnes pratiques |
| Suivre les normes de l’industrie |
| Défis courants |
| Prévoir des contingences |
| Normes de l’industrie |
| ISO 9001, AS9100 là où applicable |
Compréhension des catégories d’additifs
Types d’additifs
| Catégorie | Fonction | Charge typique | Impact sur le coût |
| ---------- |
|---|
| ---------------- |
| -------------------- |
| Renforts |
| Augmenter la résistance et la rigidité |
| 15-60% |
| +30 à +200% |
| Charges |
| Réduire le coût, modifier les propriétés |
| 10-50% |
| -10 à -40% |
| Antidéflagrants |
| Résistance au feu |
| 5-30% |
| +20 à +80% |
| Stabilisateurs |
| Protection contre la chaleur/UV |
| 0,5-5% |
| +5 à +30% |
| Plasticifiants |
| Flexibilité |
| 5-50% |
| +10 à +50% |
| Modificateurs d’impact |
| Résistance à l’impact |
| 5-30% |
| +20 à +100% |
| Aides au moulage |
| Écoulement, décollement |
| 0,5-5% |
| +5 à +15% |
| Colorants |
| Apparence |
| 1-5% |
| +5 à +50% |
Combinaisons d’additifs courantes
| Application | Matériau de base | Package d’additifs typique |
| ------------- |
|---|
| --------------------------- |
| Support structurel |
| Nylon 6/6 |
| 30 % de fibres de verre |
| Boîtier antidéflagrant |
| ABS |
| 15 % de fibres de verre, 12 % d’antidéflagrant |
| PP extérieur UV stable |
| PP |
| Stabilisateur UV, 20 % de talc |
| PC médical robuste |
| PC |
| Modificateur d’impact, conformité ISO 10993 |
| Emballage à faible frottement |
| PP |
| Agent antiadhésif |
Renforts
Fibres de verre
Le renfort le plus courant. Augmente la résistance et la rigidité.
| Propriété | Sans charge | 15 % GF | 30 % GF | 45 % GF |
| ----------- |
|---|
| --------- |
| --------- |
| --------- |
| Résistance à la traction |
| 8 000 psi |
| 11 000 psi |
| 18 000 psi |
| 22 000 psi |
| Module de flexion |
| 350 K psi |
| 550 K psi |
| 1 200 K psi |
| 1 800 K psi |
| Résistance à l’impact |
| 1,0 ft-lb |
| 1,2 ft-lb |
| 1,5 ft-lb |
| 1,8 ft-lb |
| Shrinkage |
| 0,7 % |
| 0,4 % |
| 0,2 % |
| 0,1 % |
| Température de déformation à 264 psi |
| 180 °F |
| 220 °F |
| 250 °F |
| 280 °F |
Fibres de carbone
Performance supérieure au verre. Coûteux mais avec des propriétés exceptionnelles.
| Propriété | 10 % CF | 30 % CF |
| ----------- |
|---|
| --------- |
| Résistance à la traction |
| 12 000 psi |
| 28 000 psi |
| Module de flexion |
| 800 K psi |
| 2 500 K psi |
| Conductivité |
| Conduisant |
| Conduisant |
| Poids |
| 10 % plus léger |
| 15 % plus léger |
| Indice de coût |
| 3-4 × |
| 8-12 × |
Charges minérales
Réduction des coûts avec une amélioration modérée des propriétés.
| Charge | Indice de coût | Effets sur les propriétés |
| -------- |
|---|
| --------------------------- |
| Talc |
| 0,3-0,5 × |
| Rigidité, réduction de distorsion |
| Carbonate de calcium |
| 0,2-0,4 × |
| Rigidité, finition de surface |
| Mica |
| 0,4-0,6 × |
| Rigidité, stabilité dimensionnelle |
| Billes de verre |
| 0,6-0,8 × |
| Réduction isotrope de contraction, rigidité |
| Wollastonite |
| 0,5-0,7 × |
| Rigidité, finition de surface |
Comparaison des performances
| Renfort | Augmentation de la résistance | Augmentation de la rigidité | Augmentation du coût | Difficulté de traitement |
| --------- |
|---|
| ---------------------------- |
| ---------------------- |
| -------------------------- |
| Fibres de verre (30 %) |
| +100-150 % |
| +200-300 % |
| +50-80 % |
| Modéré |
| Fibres de carbone (30 %) |
| +200-300 % |
| +400-600 % |
| +400-800 % |
| Élevé |
| Talc (40 %) |
| +20-30 % |
| +80-120 % |
| -20-40 % |
| Faible |
| Charges minérales (40 %) |
| +10-20 % |
| +50-80 % |
| -10-30 % |
| Faible |
| Fibres longues (30 %) |
| +150-200 % |
| +250-350 % |
| +80-120 % |
| Élevé |
Antidéflagrants
Mécanismes des FR
| Type | Mécanisme | Charge typique | Efficacité |
| ------ |
|---|
| ---------------- |
| ------------ |
| Halogénés |
| Éliminateurs de radicaux libres |
| 10-25 % |
| Excellent |
| Phosphore |
| Formation de char |
| 5-15 % |
| Bon |
| Azote (MCA) |
| Dilution de gaz |
| 10-20 % |
| Modéré |
| Minéraux (ATH, MDH) |
| Refroidissement endothermique |
| 40-60 % |
| Bon |
| Nanoclay |
| Barrière/char |
| 2-10 % |
| Synergique |
Comparaison des classes de combustion
| Matériau | Classe UL 94 | LOI (%) | Commentaires |
| ---------- |
|---|
| --------- |
| -------------- |
| ABS (non chargé) |
| HB |
| 18 |
| Brûle |
| ABS + 15 % FR |
| V-0 |
| 28 |
| S’éteint automatiquement |
| PC (non chargé) |
| V-2 |
| 25 |
| Goutte brûlante |
| PC + 10 % FR |
| V-0 |
| 32 |
| S’éteint automatiquement |
| Nylon 6/6 (non chargé) |
| V-2 |
| 23 |
| Goutte |
| Nylon + 30 % FR |
| V-0 |
| 32+ |
| S’éteint automatiquement |
| PP (non chargé) |
| HB |
| 17 |
| Brûle |
| PP + 30 % ATH |
| V-0 |
| 28 |
| S’éteint automatiquement |
Propriétés des matériaux FR
| Application | Rating requis | Type de FR recommandé |
| ------------- |
|---|
| ------------------------ |
| Électronique grand public |
| V-0, 5VB |
| Halogéné ou phosphore |
| Boîtier électrique |
| V-0 |
| Halogène (meilleure fluidité) |
| Intérieur automobile |
| V-0, 5VB |
| Phosphore (faible fumée) |
| Bâtiment/construction |
| V-0 |
| Minéral (ATH/MDH) |
| Câbles électriques |
| V-0, VW-1 |
| Halogène (grades câbles) |
| Dispositifs médicaux |
| V-0 |
| Préférable sans halogène |
Stabilisateurs
Stabilisateurs thermiques
| Type | Application | Efficacité | Coût |
| ------ |
|---|
| ------------ |
| ------ |
| Phénoliques bloqués |
| Général |
| Bon |
| $ |
| Phosphites |
| Stabilité de traitement |
| Bon |
| $ |
| Thioestères |
| Chaleur à long terme |
| Meilleur |
| $$ |
| Quinone méthyles |
| Haute température, longue durée |
| Excellent |
| $$$ |
| Base cuivre |
| Câbles, électriques |
| Excellent |
| $$ |
Stabilisateurs UV
| Type | Mécanisme | Efficacité | Durabilité | Coût |
| ------ |
|---|
| ------------ |
| ------------ |
| ------ |
| HALS (lumineux) |
| Bloquer les radicaux libres |
| Excellent |
| Longue |
| $$$ |
| Absorbeurs UV |
| Absorber UV |
| Bon |
| Moyenne |
| $$ |
| Éteignants |
| Dissipation d’énergie |
| Modéré |
| Moyenne |
| $$ |
| Noir de carbone |
| Absorption UV |
| Excellent |
| Longue |
| $ |
| Pigments |
| Variable |
| Variable |
| Variable |
| $$ |
Comparaison de l’efficacité des stabilisateurs
| Package de stabilisateurs | Résistance à la chaleur | Résistance UV | Indice de coût |
| --------------------------- |
|---|
| ------------------ |
| ---------------- |
| Aucun |
| Basique |
| Basique |
| 1,0 |
| Antioxydant de base |
| 2 × |
| Pas de changement |
| 1,05 |
| Stabilisateur thermique (basique) |
| 3-5 × |
| Pas de changement |
| 1,1 |
| Package UV (basique) |
| Pas de changement |
| 3-5 × |
| 1,15 |
| Stabilisateur thermique + UV (premium) |
| 5-10 × |
| 5-10 × |
| 1,25 |
| Package à longue durée |
| 10-20 × |
| 10-20 × |
| 1,5 |
Modificateurs d’impact
Types de modificateurs d’impact
| Type de modificateur | Matériaux de base | Augmentation de la résistance | Performance à température |
| ----------------------- |
|---|
| ------------------------------ |
| --------------------------- |
| MBSPC, PMMA, PVC |
| Haut |
| Bon |
| Caoutchouc ABS |
| PS, PVC |
| Moyen-Haut |
| Modéré |
| Caoutchouc EPDM |
| PP, PE |
| Haut |
| Excellent |
| Élastomères maleïques |
| Nylon, PET |
| Haut |
| Bon |
| Ionomères |
| PE, EVA |
| Très haut |
| Excellent |
Efficacité des modificateurs d’impact
| Matériau | Izod noté (RT) | Izod noté (-20°C) |
| ---------- |
|---|
| ------------------- |
| PP homopolymère |
| 0,5 ft-lb/po |
| 0,3 ft-lb/po |
| PP + 20 % EPDM |
| 3,0 ft-lb/po |
| 1,2 ft-lb/po |
| PP + 30 % EPDM |
| 6,0+ ft-lb/po |
| 2,5 ft-lb/po |
| Nylon 6/6 |
| 1,0 ft-lb/po |
| 0,6 ft-lb/po |
| Nylon + 20 % caoutchouc |
| 3,5 ft-lb/po |
| 1,5 ft-lb/po |
| Nylon + 30 % GF + modificateur |
| 2,0 ft-lb/po |
| 1,2 ft-lb/po |
Aides au moulage
Lubrifiants internes
| Type | Fonction | Charge typique | Effet sur les propriétés |
| ------ |
|---|
| ---------------- |
| -------------------------- |
| Acides gras |
| Démoulage |
| 0,5-2 % |
| Léger plastifiant |
| Amides |
| Glisse, anti-adhésif |
| 0,5-2 % |
| Minimal |
| Savons métalliques |
| Lubrification |
| 0,5-2 % |
| Peut affecter l’adhésion |
| Fluoropolymères |
| Aide au moulage |
| 0,1-0,5 % |
| Minimal |
Modificateurs de flux
| Modificateur | Fonction | Charge typique | Résultat |
| ------------- |
|---|
| ---------------- |
| ---------- |
| Modificateurs de viscosité |
| Ajuster le flux |
| 1-5 % |
| Viscosité plus basse ou plus élevée |
| Agents de nucléation |
| Cristallinité |
| 0,1-1 % |
| Cycle plus rapide, pièces plus claires |
| Étireurs de chaîne |
| Restauration de MW |
| 0,1-0,5 % |
| Récupérer MW après dégradation |
Agents de démoulage
| Type | Application | Fréquence | Notes |
| ------ |
|---|
| ----------- |
| ------- |
| Interne (additif) |
| À chaque tirage |
| Automatique |
| Peut affecter la peinture |
| Externe (spray) |
| À chaque tirage |
| Appliqué par l’opérateur |
| Préoccupation de résidus |
| Revêtement permanent |
| Hebdomadaire-mensuel |
| Appliqué sur la matrice |
| Non transférable |
Interactions et compatibilités des additifs
Interactions courantes
| Paire d’additifs | Interaction | Effet |
| ------------------ |
|---|
| ------- |
| Fibres de verre + antidéflagrant |
| Peut être incompatible |
| Réduction de l’efficacité FR |
| Stabilisateurs + antidéflagrants |
| Synergique |
| Meilleure performance |
| Modificateurs d’impact + fibres de verre |
| Synergique |
| Meilleure résistance |
| Pigments + stabilisateurs thermiques |
| Variable |
| Test nécessaire |
| Absorbeurs UV + HALS |
| Synergique |
| Meilleure protection UV |
Limites de charge des additifs
| Additif | Charge pratique maximale | En deçà de cela… |
| --------- |
|---|
| --------------------- |
| Fibres de verre |
| 50-60 % |
| Fragilité, usure |
| Charges minérales |
| 50-60 % |
| Faible impact |
| Antidéflagrants |
| 30-40 % |
| Détérioration des propriétés |
| Modificateurs d’impact |
| 30-40 % |
| Ramollissement, déformation |
| Plasticifiants |
| 40-50 % |
| Problèmes de plasticisation |
Considérations de mise en œuvre
Effets sur les paramètres de mise en œuvre
| Additif | Température de fusion | Pression d’injection | Temps de refroidissement | Usure de la vis |
| --------- |
|---|
| ------------------------ |
| -------------------------- |
| ------------------ |
| Fibres de verre |
| +10-30°F |
| +10-30 % |
| Similaire |
| Usure élevée |
| Charges minérales |
| Similaire |
| +5-15 % |
| Similaire |
| Usure moyenne |
| Antidéflagrants |
| Similaire ou -20°F |
| +5-15 % |
| Similaire |
| Faible à moyenne |
| Plasticifiants |
| -20-50°F |
| -10-30 % |
| Similaire |
| Faible |
| Modificateurs d’impact |
| Similaire |
| +5-10 % |
| +10-20 % |
| Faible |
Usure de la vis et du tambour
| Matériau | Niveau d’usure | Protection de la pointe de la vis |
| ---------- |
|---|
| ---------------------------------- |
| Non chargé |
| Faible |
| Standard |
| Chargé de verre (30 %) |
| Élevé |
| Bimétallique ou acier outil |
| Chargé minéral (40 %) |
| Moyen-élevé |
| Durci ou revêtu |
| Fibres de carbone |
| Très élevé |
| Revêtement spécial requis |
| Antidéflagrants |
| Faible à moyen |
| Standard |
Considérations de séchage
| Matériau | Séchage standard | Avec additifs |
| ---------- |
|---|
| ---------------- |
| Nylon 6/6 |
| 1 |