EP2914410A1 - Procédé d'injection de pièces minces en plastique - Google Patents

Procédé d'injection de pièces minces en plastique

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Publication number
EP2914410A1
EP2914410A1 EP13783612.8A EP13783612A EP2914410A1 EP 2914410 A1 EP2914410 A1 EP 2914410A1 EP 13783612 A EP13783612 A EP 13783612A EP 2914410 A1 EP2914410 A1 EP 2914410A1
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EP
European Patent Office
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mixture
injection unit
peroxide
plastic
phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13783612.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Luc BARRE
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Valeo Vision SAS
Original Assignee
Valeo Vision SAS
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Filing date
Publication date
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    • B29L2031/3005—Body finishings

Definitions

  • the present invention relates to the field of plastic injection, in particular to manufacture a plastic part for an optical device for a motor vehicle.
  • plastic injection unit comprising a sleeve comprising an inlet and a material outlet and a screw-piston housed in the sleeve.
  • This screw of endless type, is used to mix and drive the plastic material of the inlet to the material outlet and then to inject the material into a mold.
  • the plastic material is introduced into the injection unit in the form of plastic pellets.
  • Granules are understood to mean elements whose size is greater than about 0.5 mm, preferably greater than 1 mm, even more preferably equal to about 2 mm.
  • the viscosity of the injected plastic material can be decreased.
  • this decrease in viscosity during injection is often to the detriment of the mechanical properties of the part once cooled.
  • the object of the invention is to propose a method of injecting a piece of plastic material making it possible to produce a piece of plastic material whose thickness of the wall is reduced and retains good mechanical properties.
  • the subject of the invention is a method of injecting a plastic part by means of an injection unit comprising a material inlet, a material outlet to a mold and driving means. material between the input and the material outlet, said method comprising the steps of:
  • a mixture comprising granules of a thermoplastic polymer and granules of a peroxide, the mixture comprising between 0.5 and 10% by weight of peroxide;
  • the mixture is introduced into the inlet of the plastic injection unit;
  • the mixture is entrained in the injection unit while progressively raising the temperature of the mixture during its displacement in the injection unit, the temperature progression being such that at least 90% by weight of the peroxide is decomposed before the exit of the mixture of the injection unit;
  • the mixture is injected into the mold through the outlet of the injection unit. Thanks to the process of the invention, the peroxide and the plastic material introduced in the form of granules are reacted in the injection unit.
  • the temperature at the beginning of the heating profile is chosen so as to allow the initiation of the reaction between the peroxide and the plastic material at the earliest in the injection unit in order to generate the reactions and the effects of distribution of the heterogeneous mixture.
  • at the earliest in the drive means of the injection unit for example the threads of a worm.
  • the mixture obtained in the injection unit is physically heterogeneous, that is to say that all the material plastic does not react with peroxide: only the areas of direct contact between the peroxide and the plastic allowing reactions between the two compounds.
  • a fraction of the plastic that has never been in contact with the peroxide There remains, at the outlet of the injection unit, a fraction of the plastic that has never been in contact with the peroxide.
  • the plastic fraction which reacts with the peroxide and the plastic fraction which has never been in contact with the peroxide therefore have different physical properties.
  • the injection unit is generally divided into three successive zones: a feed zone close to the material inlet, a compression zone and a homogenization zone close to the material outlet.
  • a more fluid phase is formed at low volume in the mixture.
  • This more fluid phase is formed mainly by the plastic material and the peroxide having reacted on the surface with the plastic material of the granules by breaking the polymer chains, for example by the middle of the polymer chain, in particular by ⁇ -split reactions. .
  • This phase is more fluid than the phase formed by the plastic material unreacted with the peroxide.
  • the drive also called conveying
  • mixing the mixture along the screw results in a shear spreading of the more fluid phase and a distribution of the unreacted peroxide with the plastic material.
  • the unreacted peroxide will contact and react with more plastic, increasing the more fluid phase volume.
  • this more fluid phase tends to coat the plastic material that has not yet been in contact with the peroxide.
  • the reaction of the peroxide with a portion of the plastic reduces the viscosity of the mixture by forming, between the plastic pellets, a film whose viscosity is lower than the viscosity of the plastics material.
  • This film corresponds to the more fluid phase.
  • This film will play a role of lubricant in the mold during the injection of the mixture into the mold.
  • the mixture can thus be injected into a mold to form a part of reduced thickness, for example less than 2 mm, without it being necessary to exert a very high pressure during the injection of the mixture into the mold.
  • the mixture being more fluid, it can fill the cavity of the mold more easily.
  • the injected part retains mechanical properties similar to, or even identical to, those of a part without addition of peroxide.
  • the decomposed peroxide continues to react with the polymer chains and form a crosslinking between the chains, which also improves the mechanical properties of the part once cooled.
  • the method of the invention makes it possible to manufacture, in a standard injection unit, a piece of low plastic material. thickness whose mechanical properties after injection and cooling are little or no degradation and has a homogeneous surface appearance.
  • the injection method may further comprise one or more of the following features, taken alone or in combination:
  • the size of the granules is greater than 0.5 mm, preferably greater than 1 mm, even more preferably equal to about 2 mm. It is therefore possible to use granules of standard size for the injection of plastic material. This process does not generate additional costs related to granules of particular size.
  • the mixture comprises between 0.5 and 5% by weight of peroxide. This further promotes the lowering of the viscosity of the mixture and together the conservation of the mechanical properties of the polymer.
  • a mixture comprising 1 to 1.5% by weight of peroxide can be used.
  • the drive means of the mixture in the injection unit comprises a worm.
  • a standard injection unit is thus used comprising simple and effective drive means.
  • These means for driving the mixture are also means for stirring the mixture in the injection unit.
  • At least 95% by weight of the peroxide is decomposed before leaving the mixture of the injection unit, preferably at least 98% by weight.
  • the yield of the process is thus improved and the amount of peroxide can be advantageously reduced.
  • the reaction between the peroxide and the plastic is therefore well initiated in the injection unit.
  • the injection unit comprises at least two heating collars for heating the mixture contained in the injection unit, between the first heating collar disposed near the plastic inlet in the unit of injection and the plastic outlet of the injection unit, the temperature rise is between 20 and 60 ° C.
  • the profile of The temperature applied by the heating collars of the injection unit is a temperature profile increasing from 200 ° C to 225 ° C. Due to this temperature rise, a heterogeneous mixture is obtained in the injection unit.
  • the time interval between the entry and exit of the mixture in the injection unit is less than 15 minutes, preferably less than 10 minutes.
  • the peroxide can decompose and react with the plastic to reduce the viscosity of the mixture in the injection unit.
  • the plastics material is chosen from polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. These plastics are in common use, especially for the manufacture of parts for a motor vehicle.
  • the peroxide is chosen from peroxides whose half-decomposition temperature at 10 hours is equal to or greater than 90 ° C., preferably equal to or greater than 110 ° C.
  • the half-decomposition temperatures at 10 hours are chosen according to the plastic material used.
  • the peroxides whose half-decomposition temperature is greater than 90 ° C. mention may be made of tert-alkyl peroxyesters, di- (tert-alkyl) peroxyketals and di-tert-alkyl peroxides.
  • half-decomposition temperature at 10 hours is meant the temperature at which 50% of the peroxide is decomposed after 10 hours.
  • the mixture also comprises a reinforcement of the plastic material, for example talc or glass fibers.
  • the reinforcement makes it possible to increase the mechanical properties of the molded part.
  • the invention also relates to a plastic part obtained by injection molding, having, at the micrometric scale, at least two phases, a first phase being distributed in the workpiece in the form of grains, a joining phase coating and joining the grains of the first phase.
  • the junction phase has a crosslinking.
  • the junction phase has a crosslinking because the crosslinking of this phase is greater than that of a polymer that does not react with the peroxide.
  • this crosslinking forms a continuous network throughout the junction phase.
  • the junction phase having a crosslinking as explained in the previous paragraph, certain crosslinked chains of the junction phase form an interphase between the junction phase and the first phase, these chains being connected to the polymer chains of said first phase.
  • micrometric scale means dimensions smaller than one millimeter, preferably of the order of several hundred ⁇ , or even a few tens of ⁇ .
  • the microstructure of the plastic part can in particular be observed using an atomic force microscope, called AFM according to the acronym for "Atomic Force Microscope” in “tapping” mode, that is to say in amplitude modulation mode in which the lever is vibrated at its natural resonant frequency with a certain amplitude.
  • AFM atomic force microscope
  • amplitude modulation mode in which the lever is vibrated at its natural resonant frequency with a certain amplitude.
  • the piece can be obtained by a method as defined above.
  • the part according to the invention may be a part of a motor vehicle, in particular a piece of light device of a motor vehicle, in particular a road lighting device, a signaling device or a device for lighting a vehicle.
  • the road lighting device may be a vehicle headlight, also called a vehicle headlight
  • the signaling device may be a rear signaling light, in particular a rear signaling light performing a function of a stop light, a position light, a direction indicator and / or a reversing light, or a rear signaling light performing a signaling function.
  • raised stop light function
  • the interior lighting device may be including a ceiling lamp or a side wall, to illuminate the passenger compartment of the motor vehicle.
  • this piece of light device of a motor vehicle is a mask or a housing of this light device of a motor vehicle, in particular a mask or a housing of projector or vehicle rear light.
  • the part according to the invention is particularly advantageous in the context of walls of large areas, because the walls can be thinner for a strength equivalent to conventional parts. Consequently, even more significant weight and material gains are obtained on these walls, in particular for masks and even more so for luminous device housings, and all the more so for headlamp or rear signal lamp housings. .
  • the invention also relates to a light device of a motor vehicle comprising a part according to the present invention, this luminous device possibly being in particular a road lighting device, a signaling device or an interior lighting device.
  • the road lighting device may be a vehicle headlight, also called a vehicle headlight;
  • the signaling device may be a rear signaling light, in particular a rear signaling light performing a function of a stop light, a position light, a direction indicator and / or a reversing light, or a rear signaling light performing a signaling function.
  • raised stop light function the interior lighting device may be including a ceiling lamp or a side wall, to illuminate the passenger compartment of the motor vehicle.
  • Another object according to the invention is a motor vehicle comprising a part and / or a light device according to the present invention.
  • the injection method according to the invention is a method of injecting a plastic part according to the invention.
  • FIG. 1 is a sectional view of an injection unit for carrying out the method of the invention
  • FIG 1 shows a sectional view of a plastic injection unit 10.
  • This unit 10 comprises a sheath 12 of substantially cylindrical shape and a worm 14 rotatably mounted in the sheath 12.
  • the worm 14 comprises an axis of rotation 36, shown in phantom in Figure 1.
  • This axis 36 is generally coincides with the axis of symmetry of the sheath 12.
  • the sleeve 12 comprises an inlet 16 and an outlet 18 to a mold 20.
  • the injection unit 10 also comprises, surrounding the outer surface of the sleeve 12, conventional heating collars 22, 24, 26, 28. These collars 22, 24, 26, 28 are four in this embodiment which is given by way of example only.
  • the worm 14 forms, in this embodiment, means for driving the mixture in the injection unit 10 as well as mixing means.
  • the inlet 16 comprises a hopper 30.
  • each of the collars can be set to a set temperature different from the temperature of other collars.
  • the set point temperature will increase from the collar 22 to the collar 28. Therefore, a fixed temperature profile in the sleeve 12 of the injection unit 10.
  • the injection unit 10 also comprises conventional means for driving in rotation 32 of the worm 14 about the axis of rotation 36 as well as means 34 for translating the worm 14 parallel to the axis. of rotation 36.
  • Example 1 Polypropylene blend comprising 30% by weight of glass fiber with 5% by weight of dicumyl peroxide.
  • the inner diameter of the sheath 12 is 35 mm.
  • Cylindrical polypropylene granules of 2 mm in height and 1.5 mm in diameter comprising 30% by weight of glass fiber are mixed with 5% by weight of granules of the same size of dicumyl peroxide.
  • the mixture is introduced into the hopper 30.
  • the temperature setpoint of the zone seen by the mixture is at about 50.degree.
  • the heating collars 22, 24, 26, 28 make it possible to define a temperature profile within the sheath 12.
  • a first zone called the feed zone 52 located near the inlet 16 of the sheath 12
  • a second zone called the compression zone 54
  • a third zone zone called homogenization zone 56 located near the exit 18 of the sheath 12.
  • the temperature in the feed zone 52 is about 200 ° C, it is about 215 ° C in the compression zone 54 and about 225 ° C in the homogenization zone 56.
  • the mixture Upon injection into the mold 20, the mixture has a temperature of about 220 ° C.
  • the residence time i.e., the time interval between the entry and exit of the mixture in the injection unit is 7 minutes 30 seconds.
  • Example 2 Polypropylene blend comprising 40% by weight of talc with 2% by weight of dicumyl peroxide.
  • Polypropylene granules of substantially cubic form 2 mm in length are mixed with 40% by weight of talc with 2% by weight of granules of the same size of dicumyl peroxide.
  • the table below compares the injection pressure required to inject a mixture into a mold and make a piece of 2.25 mm thick by 300 mm long, all the other parameters being kept constant as well as the module of elasticity of the piece once cooled.
  • Figure 2 shows five parts 40, 42, 44, 46, 48, four of which are obtained according to the method defined above. From left to right, the polypropylene blend comprising 30% by weight of glass fibers comprises respectively 0, 1, 2, 3 and 5% by weight of dicumyl peroxide (the piece 40 is therefore not manufactured according to the method of the invention).
  • the crosslinking of a part according to the invention or of a part obtained by a method according to the present invention can be evaluated by the following method.
  • the degree of crosslinking D can be measured by the solubility in a solvent of the polymer. Since the polymer is soluble in the solvent, the crosslinked portions will be insoluble.
  • D weight of the polymer-insoluble treated polymer / total weight of the polymer.
  • degree of crosslinking of polypropylene can be measured as follows:
  • Polypropylene can also be used with decahydronaphthalene at temperatures above 130 ° C.
  • this crosslinked fraction is the fraction which reacts with the peroxide, that is to say the junction phase and optionally the interphase between the junction phase and the first phase.
  • this method of measuring the degree of crosslinking for a part obtained differently with a method of injection by means of an injection unit comprising a material inlet, a material outlet to a mold and means for driving the material between the material inlet and the outlet, this process comprising a step of introducing granules of a given thermoplastic polymer, not mixed with peroxide, for example polypropylene, a step of driving the material in the injection unit, while progressively raising the temperature of the mixture during its displacement in the injection unit, and an injection step, through the outlet of the injection unit, of this material in the mold, one then obtains a reference degree of crosslinking D 0 .
  • Parallelepipedal parts have been shown, but the method can of course be used to produce parts of complex shape.
  • plastic parts for a lighting and / or signaling device for a motor vehicle such as a projector mask, a projector box, a lamp holder, or the housings of lighting systems. air conditioner.
  • these parts with large surfaces can significantly reduce the weight of the room. This reduction in weight makes it possible to lower manufacturing costs, by reducing the quantity of material used, as well as the consumption of a vehicle on which this lighting and / or signaling device is intended to be mounted.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'injection d'une pièce en matière plastique au moyen d'une unité d'injection (10), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - on réalise un mélange comprenant des granulés d'un polymère thermoplastique et des granulés d'un peroxyde, le mélange comprenant entre 0,5 et 10 % en poids de peroxyde; - on introduit le mélange dans l'entrée (16) de l'unité d'injection (10) de matière plastique; - on entraîne le mélange dans l'unité d'injection (10), tout en élevant progressivement la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection (10); - on injecte, à travers la sortie (18) de l'unité d'injection (10), le mélange dans le moule (20).

Description

Procédé d'injection de pièces minces en plastique
La présente invention concerne le domaine de l'injection de matière plastique, notamment pour fabriquer une pièce en matière plastique pour un dispositif optique pour véhicule automobile.
On connaît de l'état de la technique une unité d'injection de matière plastique comportant un fourreau comprenant une entrée et une sortie de matière ainsi qu'une vis-piston logée dans le fourreau. Cette vis, de type sans fin, sert à mélanger et à entraîner la matière plastique de l'entrée vers la sortie de matière puis à injecter la matière dans un moule.
La matière plastique est introduite dans l'unité d'injection sous forme de granulés de matière plastique. On entend par granulés des éléments dont la taille est supérieure à environ 0,5 mm, de préférence supérieure à 1 mm, encore plus préférentiellement égale à environ 2 mm.
On peut également introduire dans cette unité des additifs, tels que des colorants, des plastifiants, etc.
Or, de plus en plus, on cherche à réduire la quantité de matière plastique utilisée pour produire une pièce donnée et ce, afin de réduire les coûts de production et le poids de la pièce, tout en conservant de bonnes propriétés mécaniques de la pièce.
Toutefois, lorsque l'on désire réduire l'épaisseur des parois de la pièce, il est nécessaire que les cavités des moules dans lesquels la matière est injectée soient plus mince. Or ces cavités plus minces offrent plus de résistance à l'écoulement de la matière plastique fondue. Ceci va requérir des pressions d'injection plus importantes, ce qui nécessite des unités d'injection plus puissantes et souvent plus volumineuses.
Pour éviter d'augmenter la pression pour une unité d'injection donnée, on peut diminuer la viscosité de la matière plastique injectée. Cependant, cette diminution de viscosité lors de l'injection se fait souvent au détriment des propriétés mécaniques de la pièce une fois refroidie.
II peut être envisagé de réaliser une injection multipoints de la matière plastique dans le moule sans modifier la viscosité de la matière plastique injectée. Cependant, cette solution peut conduire à la formation de lignes dites de recollement qui peuvent fragiliser la pièce. De plus, ces lignes de recollement ne sont souvent esthétiquement pas acceptables.
L'invention a pour but de proposer un procédé d'injection d'une pièce en matière plastique permettant de réaliser une pièce en matière plastique dont l'épaisseur de la paroi est réduite et qui conserve de bonnes propriétés mécaniques.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'injection d'une pièce en matière plastique au moyen d'une unité d'injection comportant une entrée de matière, une sortie de matière vers un moule et des moyens d'entraînement de la matière entre l'entrée et la sortie de matière, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- on réalise un mélange comprenant des granulés d'un polymère thermoplastique et des granulés d'un peroxyde, le mélange comprenant entre 0,5 et 10 % en poids de peroxyde ;
- on introduit le mélange dans l'entrée de l'unité d'injection de matière plastique ;
- on entraîne le mélange dans l'unité d'injection, tout en élevant progressivement la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection, la progression de température étant telle qu'au moins 90 % en poids du peroxyde est décomposé avant la sortie du mélange de l'unité d'injection ;
- on injecte, à travers la sortie de l'unité d'injection, le mélange dans le moule. Grâce au procédé de l'invention, on fait réagir le peroxyde et la matière plastique introduits sous forme de granulés dans l'unité d'injection.
En appliquant une élévation progressive de la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection, on crée, au sein de l'unité d'injection, un gradient de température entre l'entrée et la sortie de l'unité ; on parle également d'un profil de température ou de chauffe. Dans le cas présent, entre l'entrée et la sortie de l'unité d'injection, le profil de température est croissant.
La température en début de profil de chauffe est choisie de manière à permettre l'initiation de la réaction entre le peroxyde et la matière plastique au plus tôt dans l'unité d'injection afin de générer les réactions et les effets de répartition du mélange hétérogène au plus tôt dans les moyens d'entraînement de l'unité d'injection, par exemple les filets d'une vis sans fin.
Or, au vu de la quantité de peroxyde présente dans le mélange, de la taille des granulés et du profil de température, le mélange obtenu dans l'unité d'injection est physiquement hétérogène, c'est-à-dire que toute la matière plastique ne réagit pas avec le peroxyde : seules les zones de contact directes entre le peroxyde et la matière plastique permettant les réactions entre les deux composés. Il reste donc, à la sortie de l'unité d'injection, une fraction de la matière plastique qui n'a jamais été en contact avec le peroxyde. La fraction de matière plastique qui réagit avec le peroxyde et la fraction de matière plastique qui n'a jamais été en contact avec le peroxyde ont donc des propriétés physiques différentes. L'unité d'injection est généralement divisée en trois zones successives : une zone d'alimentation proche de l'entrée de matière, une zone de compression et une zone d'homogénéisation proche de la sortie de matière.
Dans la zone d'alimentation, il se forme une phase plus fluide présente en faible volume dans le mélange. Cette phase plus fluide, est formée principalement par la matière plastique et le peroxyde ayant réagi en surface avec la matière plastique des granulés en cassant les chaînes de polymères, par exemple par le milieu de la chaîne polymérique, notamment par des réactions de type scission β. Cette phase est plus fluide que la phase formée par la matière plastique n'ayant pas réagi avec le peroxyde.
Par la suite, l'entraînement, aussi appelé convoyage, et le brassage du mélange le long de la vis entraîne un étalement par cisaillement de la phase plus fluide ainsi qu'une répartition du peroxyde n'ayant pas encore réagi avec la matière plastique. Ainsi, le peroxyde n'ayant pas réagi va entrer en contact avec davantage de matière plastique et réagir avec ce dernier, accroissant le volume de phase plus fluide. Dans le même temps, cette phase plus fluide tend à enrober la matière plastique n'ayant pas encore été en contact avec le peroxyde.
La réaction du peroxyde avec une partie de la matière plastique réduit la viscosité du mélange en formant, entre les granulés de plastique, un film dont la viscosité est inférieure à la viscosité de la matière plastique. Ce film correspond à la phase plus fluide. Ce film va jouer un rôle de lubrifiant dans le moule lors de l'injection du mélange dans le moule. Le mélange peut donc être injecté dans un moule pour former une pièce d'épaisseur réduite, par exemple inférieure à 2 mm, sans qu'il ne soit nécessaire d'exercer une pression très élevée lors de l'injection du mélange dans le moule. En outre, le mélange étant plus fluide, il peut remplir plus facilement la cavité du moule.
Cependant, comme toute la matière plastique ne réagit pas avec le peroxyde, la pièce injectée conserve des propriétés mécaniques proches, voire identiques, de celles d'une pièce sans ajout de peroxyde.
En effet, grâce à l'hétérogénéité du mélange, les propriétés mécaniques du mélange refroidi ne sont pas dégradées proportionnellement à la diminution de viscosité, comme dans des mélanges homogènes.
Après injection, lors du refroidissement de la pièce en matière plastique, le peroxyde décomposé continue de réagir avec les chaînes de polymère et forme une réticulation entre les chaînes, ce qui permet également d'améliorer les propriétés mécaniques de la pièce une fois refroidie.
Ainsi, en allant à rencontre de ce qui est généralement pratiqué dans le domaine de l'injection de matière plastique, c'est-à-dire la recherche de mélanges les plus homogènes possible, le procédé de l'invention permet de fabriquer, dans une unité d'injection standard, une pièce en matière plastique de faible épaisseur dont les propriétés mécaniques après injection et refroidissement sont peu ou pas dégradées et qui présente un aspect de surface homogène.
Le procédé d'injection peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :
- La taille des granulés de matière plastique et de peroxyde sont similaires. On réduit ainsi des phénomènes de séparation des deux composés qui pourraient avoir lieu en présence de granulés de tailles différentes. De plus, on préserve la distribution du mélange sans avoir de ségrégation due à la gravité ou aux forces électrostatiques entre les granulés de différente nature.
- La taille des granulés est supérieure à 0,5 mm, de préférence supérieure à 1 mm, encore plus préférentiellement égale à environ 2 mm. On peut donc utiliser des granulés de taille standard pour l'injection de matière plastique. Ce procédé n'engendre donc pas de coûts supplémentaires liés à des granulés de taille particulière.
- Le mélange comprend entre 0,5 et 5 % en poids de peroxyde. On favorise ainsi davantage l'abaissement de la viscosité du mélange et conjointement la conservation des propriétés mécaniques du polymère. Par exemple pour réaliser un boîtier de projecteur de véhicule automobile, on peut utiliser un mélange comprenant 1 à 1 ,5 % en poids de peroxyde.
- Les moyens d'entraînement du mélange dans l'unité d'injection comprennent une vis sans fin. On utilise ainsi une unité d'injection standard comprenant des moyens d'entraînement simples et efficaces. Ces moyens d'entraînement du mélange sont également des moyens de brassage du mélange dans l'unité d'injection.
- Au moins 95 % en poids du peroxyde est décomposé avant la sortie du mélange de l'unité d'injection, préférentiellement au moins 98 % en poids. Le rendement du procédé est ainsi amélioré et la quantité de peroxyde peut-être avantageusement réduite. La réaction entre le peroxyde et la matière plastique est donc bien initiée dans l'unité d'injection.
- L'unité d'injection comporte au moins deux colliers de chauffe destinés à réchauffer le mélange contenu dans l'unité d'injection, entre le premier collier de chauffe disposé à proximité de l'entrée de matière plastique dans l'unité d'injection et la sortie de matière plastique de l'unité d'injection, l'élévation de température est comprise entre 20 et 60°C. Par exemple, le profil de température appliqué par les colliers de chauffe de l'unité d'injection est un profil de température croissant allant de 200°C à 225°C. Grâce à cette élévation de température, on obtient un mélange hétérogène dans l'unité d'injection.
- L'intervalle de temps entre l'entrée et la sortie du mélange dans l'unité d'injection est inférieur à 15 minutes, de préférence inférieur à 10 minutes. Le peroxyde peut se décomposer et réagir avec la matière plastique pour réduire la viscosité du mélange dans l'unité d'injection.
- La matière plastique est choisie parmi le polypropylène, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate et le polybutylène téréphtalate. Ces matières plastiques sont d'usage courant, notamment pour la fabrication de pièces pour véhicule automobile.
- Le peroxyde est choisi parmi les peroxydes dont la température de demi- décomposition à 10 heures est égale ou supérieure à 90°C, préférentiellement égale ou supérieure à 110°C. Les températures de demi-décomposition à 10 heures sont choisies en fonction de la matière plastique utilisée. Parmi les peroxydes dont la température de demi-décomposition est supérieure à 90°C, on peut citer les peroxyesters de tert-alkyle, les peroxykétals de di-(tert-alkyle) et les peroxydes de di-tert-alkyle. On entend par température de demi- décomposition à 10 heures, la température à laquelle, 50% du peroxyde est décomposé après 10 heures.
- Le mélange comprend également un renfort de la matière plastique, par exemple du talc ou des fibres de verre. Le renfort permet d'augmenter les propriétés mécaniques de la pièce moulée.
L'invention a également pour objet une pièce en matière plastique obtenue par moulage par injection, présentant, à l'échelle micrométrique, au moins deux phases, une première phase étant répartie dans la pièce sous forme de grains, une phase de jonction enrobant et joignant les grains de la première phase.
Selon une réalisation de l'invention, la phase de jonction présente une réticulation. Au sens de l'invention, il est considéré que la phase de jonction présente une réticulation, car la réticulation de cette phase est supérieure à celle d'un polymère n'ayant pas réagit avec le peroxyde.
Dans un exemple avantageux cette réticulation forme un réseau continu dans toute la phase de jonction.
Selon une réalisation de la pièce en matière plastique selon l'invention, la phase de jonction présentant une réticulation tel qu'exposé dans le paragraphe précédent, certaines chaînes réticulées de la phase de jonction forment une interphase entre la phase de jonction et la première phase, ces chaînes-ci étant reliées aux chaînes polymériques de ladite première phase.
On entend par « échelle micrométrique » des dimensions inférieures au millimètre, de préférence de l'ordre de plusieurs centaines de μηη, voire de quelques dizaines de μηι.
La microstructure de la pièce en matière plastique peut notamment être observée à l'aide d'un microscope à force atomique, appelé AFM conformément au sigle anglais pour « Atomic Force Microscope » en mode « tapping », c'est-à-dire en mode de modulation d'amplitude dans lequel on fait vibrer le levier à sa fréquence propre de résonance avec une certaine amplitude. Lorsque la pointe montée au bout du levier interagit avec la surface de la pièce, son amplitude est modifiée. La modification de l'amplitude est une image de l'élasticité du matériau. On peut donc obtenir une représentation en deux dimensions de la nature des matériaux présents dans la pièce étudiée.
La pièce peut être obtenue par un procédé tel que défini précédemment.
Selon des réalisations de l'invention, la pièce selon l'invention peut être une pièce de véhicule automobile, notamment une pièce de dispositif lumineux de véhicule automobile, notamment un dispositif d'éclairage de la route, un dispositif de signalisation ou un dispositif d'éclairage intérieur ; le dispositif d'éclairage de la route peut être un projecteur de véhicule , encore appelé phare de véhicule ; le dispositif de signalisation peut être un feu de signalisation arrière, notamment un feu de signalisation arrière réalisant une fonction de feu stop, de feu de position, d'indicateur de direction et/ou de recul, ou encore un feu de signalisation arrière réalisant une fonction de feu stop surélevé ; le dispositif d'éclairage intérieur peut- être notamment un plafonnier ou encore une applique latérale, pour éclairer l'habitacle du véhicule automobile.
Dans un mode de réalisation, cette pièce de dispositif lumineux de véhicule automobile est un masque ou un boîtier de ce dispositif lumineux de véhicule automobile, en particulier un masque ou un boîtier de projecteur ou de feu arrière de véhicule. La pièce selon l'invention est particulièrement avantageuse dans le cadre de parois de grandes surfaces, car les parois peuvent être plus minces pour une solidité équivalente à des pièces classiques. Par conséquent, on obtient des gains de poids et de matière encore plus significatifs sur ces parois, notamment pour des masques et encore davantage pour des boîtiers de dispositifs lumineux, et ceci d'autant plus pour des boîtiers de projecteurs ou de feux de signalisation arrière.
L'invention a aussi pour objet un dispositif lumineux de véhicule automobile comprenant une pièce selon la présente invention, ce dispositif lumineux pouvant être notamment un dispositif d'éclairage de la route, un dispositif de signalisation ou un dispositif d'éclairage intérieur. Le dispositif d'éclairage de la route peut être un projecteur de véhicule, encore appelé phare de véhicule ; le dispositif de signalisation peut être un feu de signalisation arrière, notamment un feu de signalisation arrière réalisant une fonction de feu stop, de feu de position, d'indicateur de direction et/ou de recul, ou encore un feu de signalisation arrière réalisant une fonction de feu stop surélevé ; le dispositif d'éclairage intérieur peut- être notamment un plafonnier ou encore une applique latérale, pour éclairer l'habitacle du véhicule automobile.
Un autre objet selon l'invention est un véhicule automobile comprenant une pièce et/ou un dispositif lumineux selon la présente invention.
Selon une réalisation de l'invention, le procédé d'injection selon l'invention est un procédé d'injection d'une pièce en matière plastique selon l'invention.
Exemples de peroxydes utilisables selon la présente invention
Famille Composés Température de demi- décomposition à 10 heures (°C)
peroxyesters 00-t-amyl-0(2-éthylhexyl) 98 de tert-alkyle monoperoxycarbonate
00-t-butyl-O-isopropyl 99 monoperoxycarbonate
00-t-butyl-0(2-éthylhexyl) 100 monoperoxycarbonate
t-amyl peroxybenzoate 100 t-butyl peroxyacetate 102 t-butyl peroxybenzoate 104 peroxyketals 1 ,1 -di-(t-amylperoxy) cyclohexane 93 de di-(tert- 1 ,1 -di-(t-butylperoxy) 3,3,5- triméthyl 96 alkyle) cyclohexane
1 ,1 -di-(t-butylperoxy) cyclohexane 97 éthyl 3,3-di-(t-amylperoxy) butyrate 112 éthyl 3,3-di-(t-butylperoxy) butyrate 114 peroxydes de peroxyde de dicumyle 117 di-tert-alkyle L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe d'une unité d'injection permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention ;
- la figure 2 présente cinq pièces en matière plastique dont quatre sont obtenues par le procédé de l'invention.
La figure 1 représente une vue en coupe d'une unité d'injection 10 de matière plastique. Cette unité 10 comprend un fourreau 12 de forme sensiblement cylindrique et une vis sans fin 14 montée rotative dans le fourreau 12. La vis sans fin 14 comprend un axe de rotation 36, représenté en traits mixtes sur la figure 1. Cet axe 36 est généralement confondu avec l'axe de symétrie du fourreau 12.
Le fourreau 12 comprend une entrée 16 et une sortie 18 vers un moule 20. L'unité d'injection 10 comprend également, entourant la surface extérieure du fourreau 12, des colliers chauffant classiques 22, 24, 26, 28. Ces colliers 22, 24, 26, 28 sont au nombre de quatre dans ce mode de réalisation qui est donné à titre d'exemple uniquement.
La vis sans fin 14 forme, dans ce mode de réalisation, des moyens d'entraînement du mélange dans l'unité d'injection 10 ainsi que des moyens de mélange.
Pour faciliter l'introduction du mélange à injecter, l'entrée 16 comprend une trémie 30.
Grâce aux colliers chauffant 22, 24, 26, 28, on peut élever progressivement la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection 10. En effet, chacun des colliers peut être réglé à une température de consigne différente de la température des autres colliers. Dans le cas présent, comme on souhaite augmenter la température du mélange au fur et à mesure de sa progression dans l'unité d'injection 10 vers la sortie 18, la température de consignes sera croissante du collier 22 au collier 28. On impose donc un profil de température fixe dans le fourreau 12 de l'unité d'injection 10.
L'unité d'injection 10 comprend également des moyens classiques d'entraînement en rotation 32 de la vis sans fin 14 autour de l'axe de rotation 36 ainsi que des moyens de translation 34 de la vis sans fin 14 parallèlement à l'axe de rotation 36.
On décrira ci-dessous deux exemples du procédé selon l'invention réalisé au moyen de l'unité d'injection 10. Exemple 1 : Mélange de polypropylène comprenant 30% en poids de fibre de verre avec 5% en poids de peroxyde de dicumyle.
Dans cet exemple, le diamètre interne du fourreau 12 est de 35 mm.
On mélange des granulés de polypropylène de forme cylindrique de 2 mm de hauteur et de 1 ,5 mm de diamètre comprenant 30% en poids de fibre de verre avec 5% en poids de granulés de même dimension de peroxyde de dicumyle.
Le mélange est introduit dans la trémie 30. Au pied de la trémie à 30, soit à l'entrée 16 du fourreau 12, la consigne de température de la zone vue par le mélange est à environ 50°C.
Les colliers chauffant 22, 24, 26, 28 permettent de définir un profil de température au sein du fourreau 12.
Entre l'entrée 16 et la sortie 18 du fourreau 12, on peut définir trois zones : une première zone appelée zone d'alimentation 52 située près de l'entrée 16 du fourreau 12, une deuxième zone appelée zone de compression 54 et une troisième zone appelée zone d'homogénéisation 56 située près de la sortie 18 du fourreau 12.
La température dans la zone d'alimentation 52 est d'environ 200°C, elle est d'environ 215°C dans la zone de compression 54 et d'environ 225°C dans la zone d'homogénéisation 56.
Après 3 minutes de temps de résidence dans l'unité d'injection 10, après 5 minutes et après 7 minutes et 30 secondes, respectivement environ 88%, environ 97% et au moins 99,5% du peroxyde de dicumyle a été décomposé avant injection.
Lors de l'injection dans le moule 20, le mélange a une température d'environ 220°C.
Le temps de résidence, c'est-à-dire l'intervalle de temps entre l'entrée et la sortie du mélange dans l'unité d'injection est de 7 minutes 30 secondes.
Exemple 2 : Mélange de polypropylène comprenant 40% en poids de talc avec 2% en poids de peroxyde de dicumyle.
On mélange des granulés de polypropylène de forme sensiblement cubique de 2 mm de côté comprenant 40% en poids de talc avec 2% en poids de granulés de même dimension de peroxyde de dicumyle.
Les autres étapes du procédé sont similaires aux étapes décrites dans l'exemple 1 .
Après 3 minutes de temps de résidence dans l'unité d'injection 10, après 5 minutes et après 7 minutes et 30 secondes, respectivement environ 88%, environ 97% et au moins 99,5% du peroxyde de dicumyle a été décomposé.
Comparaison de mélanges de polypropylène comprenant 30% en poids de fibres de verre et 0, 2 et 5% en poids de peroxyde de dicumyle.
Le tableau ci-dessous compare la pression d'injection requise pour injecter un mélange dans un moule et réaliser une pièce de 2,25 mm d'épaisseur sur 300 mm de longueur, tous les autres paramètres étant maintenus constants ainsi que le module d'élasticité de la pièce une fois refroidie.
On constate que la pression nécessaire pour injecter la matière plastique dans le moule est réduite de manière significative alors que la perte en propriété mécanique est relativement faible ; la perte mécanique n'est pas proportionnelle à la réduction de pression.
Comparaison de mélanges de polypropylène comprenant 40% en poids de talc et 0, 2 et 5% en poids de peroxyde de dicumyle.
Le tableau ci-dessous compare la pression d'injection requise pour injecter un mélange dans un moule et réaliser une pièce de 2,25 mm d'épaisseur sur 300 mm de longueur, tous les autres paramètres étant maintenus constants ainsi que le module d'élasticité de la pièce une fois refroidie. Polypropylène Polypropylène (40% en
(40% en poids poids de talc) + 2% en
de talc) poids de peroxyde de
dicumyle
Pression 120 64
d'injection
(bar)
Module 1795 1780
d'élasticité
(MPa)
On comprend que grâce au procédé de l'invention, on peut réaliser des pièces en matière plastique plus minces tout en conservant une bonne tenue mécanique de la pièce moulée, ce qui permet d'alléger le poids des composants et donc, dans le cas de pièces pour véhicule automobile, de réduire la consommation du véhicule.
La figure 2 présente cinq pièces 40, 42, 44, 46, 48 dont quatre sont obtenues suivant le procédé définit ci-dessus. De gauche à droite, le mélange de polypropylène comprenant 30% en poids de fibres de verre comprend respectivement 0, 1 , 2, 3 et 5% en poids de peroxyde de dicumyle (la pièce 40 n'est donc pas fabriquée selon le procédé de l'invention).
On constate que l'aspect de surface des pièces est plus homogène lorsque la quantité de peroxyde augmente dans le mélange. Ainsi, sur la figure 2, en allant de gauche à droite, c'est-à-dire lorsque la teneur du mélange en peroxyde de dicumyle augmente, les problèmes d'aspect, à savoir les lignes de flux 60 et les aspects de vaguelettes 62, sont réduits. On constate également que sans ajout de peroxyde dans le mélange, il n'est pas possible de réaliser une pièce ayant une longueur de 300 mm avec une pression d'injection fonctionnant avec les mêmes températures précédemment décrites.
Les résultats sont quasi identiques lorsque l'on utilise une vis sans fin 14 de 25 mm ou de 50 mm de diamètre.
D'une manière générale, la réticulation d'une pièce selon l'invention ou d'une pièce obtenue par un procédé selon la présente invention peut être évaluée par la méthode suivante. Pour un ensemble de polymère(s) donné, le degré de réticulation D peut être mesuré par la solubilité dans un solvant du polymère. Le polymère étant soluble dans le solvant, les parties réticulées seront, elles, insolubles.
En considérant uniquement la masse de l'épaisseur superficielle du polymère : D = poids du polymère traité insoluble dans un solvant / poids total du polymère. Par exemple, le degré de réticulation du polypropylène peut être mesuré comme suit :
D = poids du polypropylène insoluble dans le xylène à 60°C / poids total de polypropylène.
On peut également utiliser pour le polypropylène d u décahydronaphtalène, à des températures supérieures à 130°C.
Enfin, la part de polypropylène insoluble correspond à la fraction réticulée. Selon l'invention, cette fraction réticulée est la fraction qui a réagi avec le peroxyde, c'est-à- dire la phase de jonction et éventuellement l'interphase entre la phase de jonction et la première phase.
Si on applique cette méthode de mesure du degrés de réticulation pour une pièce obtenue différemment, avec un procédé d'injection au moyen d'une unité d'injection comportant une entrée de matière, une sortie de matière vers un moule et des moyens d'entraînement de la matière entre l'entrée et la sortie de matière, ce procédé comprenant une étape d'introduction de granulés d'un polymère thermoplastique donné, non mélangée à du peroxyde, par exemple du polypropylène, une étape d'entraînement de la matière plastique dans l'unité d'injection, tout en élevant progressivement la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection, et une étape d'injection, à travers la sortie de l'unité d'injection, de cette matière dans le moule, on obtient alors un degrés de réticulation de référence D0.
En utilisant cette méthode de mesure du degré de réticulation sur une pièce selon l'invention ou d'une pièce obtenue par un procédé selon la présente invention, dans lequel le polymère est identique à celui utilisé pour mesurer le degrés de réticulation de référence D0, on obtient un premier degré de réticulation D-i .
On observera alors que le premier degré de réticulation D-\ est supérieur au degré de réticulation de référence D0. On observera donc une réticulation accrue dans la pièce selon l'invention comparativement à une pièce obtenue par un autre procédé.
On a représenté des pièces parallélépipédiques mais le procédé peut bien entendu être utilisé pour réaliser des pièces de forme complexe. Par exemple, on peut réaliser des pièces en matière plastique pour un dispositif d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicule automobile telles qu'un masque de projecteur, un boîtier de projecteur, un porte-lampe, ou encore des boîtiers de systèmes de climatisation. Ainsi, grâce au procédé de l'invention, notamment dans le cas d'un masque de projecteur et encore plus d'un boîtier de dispositif lumineux de véhicule, notamment de dispositif d'éclairage et/ou de signalisation, notamment de projecteur, ces pièces présentant des surfaces importantes, on peut réduire de manière significative le poids de la pièce. Cette réduction de poids permet de baisser les coûts de fabrication, en réduisant la quantité de matière utilisée, ainsi que la consommation d'un véhicule sur lequel ce dispositif d'éclairage et/ou de signalisation est destiné à être monté.
Grâce à la viscosité réduite du mélange à injecter, il est également possible d'augmenter l'espacement entre deux points d'injection en injection multi-points.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé d'injection d'une pièce en matière plastique au moyen d'une unité d'injection (10) comportant une entrée (16) de matière, une sortie (18) de matière vers un moule (20) et des moyens d'entraînement (14) de la matière entre l'entrée (16) et la sortie (18) de matière, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :
- on réalise un mélange comprenant des granulés d'un polymère thermoplastique et des granulés d'un peroxyde, le mélange comprenant entre 0,5 et 10 % en poids de peroxyde ;
- on introduit le mélange dans l'entrée (16) de l'unité d'injection (10) de matière plastique ;
- on entraîne le mélange dans l'unité d'injection (10), tout en élevant progressivement la température du mélange lors de son déplacement dans l'unité d'injection (10), la progression de température étant telle qu'au moins 90 % en poids du peroxyde est décomposé avant la sortie du mélange de l'unité d'injection (10) ;
- on injecte, à travers la sortie (18) de l'unité d'injection (10), le mélange dans le moule (20).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel le mélange comprend entre 0,5 et 5 % en poids de peroxyde.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'entraînement du mélange (14) dans l'unité d'injection (10) comprennent une vis sans fin.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins 95 % en poids du peroxyde est décomposé avant la sortie du mélange de l'unité d'injection, préférentiellement 98 % en poids.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité d'injection (10) comporte au moins deux colliers de chauffe (22, 24, 26, 28) destinés à réchauffer le mélange contenu dans l'unité d'injection (10), entre le premier collier (22) de chauffe disposé à proximité de l'entrée (16) de matière plastique dans l'unité d'injection (10) et la sortie (18) de matière plastique de l'unité d'injection (10), l'élévation de température est comprise entre 20 et 60°C.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'intervalle de temps entre l'entrée et la sortie du mélange dans l'unité d'injection (10) est inférieur à 15 minutes, de préférence inférieur à 10 minutes.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matière plastique est choisie parmi le polypropylène, le polyéthylène, le polyéthylène téréphtalate et le polybutylène téréphtalate.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le peroxyde est choisi parmi les peroxydes dont la température de demi- décomposition à 10 heures est égale ou supérieure à 90°C, préférentiellement égale ou supérieure à 110°C.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mélange comprend également un renfort de la matière plastique, par exemple du talc ou des fibres de verre.
10. Pièce (42, 44, 46, 48) en matière plastique obtenue par moulage par injection, caractérisée en ce qu'elle présente, à l'échelle micrométrique, au moins deux phases, une première phase étant répartie dans la pièce sous forme de grains, une phase de jonction enrobant et joignant les grains de la première phase.
1 1 . Pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 10, dans lequel la phase de jonction présente une réticulation.
12. Pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 11 , dans lequel cette réticulation forme un réseau continu dans toute la phase de jonction.
13. Pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 11 ou 12 Certaines chaînes réticulées de la phase de jonction forment une interphase entre la phase de jonction et la première phase, ces chaînes-ci étant reliées aux chaînes polymériques de ladite première phase.
14. Pièce (42, 44, 46, 48) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, obtenue par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
15. Pièce (42, 44, 46, 48) selon l'une des revendications 10 à 14 ladite pièce étant une pièce de véhicule automobile.
16. Pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 15, ladite pièce étant une pièce de dispositif lumineux de véhicule automobile.
17. Pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 16, ladite pièce étant un masque ou un boîtier.
18. Dispositif lumineux de véhicule comprenant une pièce (42, 44, 46, 48) selon la revendication 16 ou 17.
19. Procédé d'injection d'une pièce en matière plastique selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel ladite pièce est une pièce selon l'une des revendications 10 à 17.
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