Les techniques de transformation des matières plastiques

Nous proposons dans cette rubrique tout un dossier pédagogique portant sur la transformation des matières plastiques. Conçues par des professionnels, nos fiches pédagogiques sauront vous aider à mieux expliquer ce sujet aux élèves.

Les matières plastiques ou polymères destinés à la transformation se présente sous forme de liquides, de poudres ou de granulés.
Pour les transformer, il faut les mélanger et les fondre, y ajouter parfois des additifs (colorants, plastifiants…) et les façonner en choisissant parmi les huit principaux procédés, celui qui est le plus adapté à l’objet ou à l’emballage que l’on souhaite obtenir.

Calandrage

Le calandrage permet de fabriquer des produits semi-finis, comme des films. Dans une machine appelée calandre, les matières thermoplastiques, mélangées à des additifs et des stabilisants, sont écrasées entre plusieurs cylindres parallèles.

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La matière est chauffée puis malaxée par une vis sans fin spéciale, pour donner une pâte épaisse.

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1. Elle le passe plusieurs fois entre les rouleaux pour une homogénéisation parfaite, un peu comme une guimauve.
2. Pour permettre la gélification de la matière, celle-ci passe entre 2 calandres chauffées, réglées selon différents paramètres (température calandres, pressions, vitesse rotation…).
3. L’écartement, la pression et le type de rouleaux vont donner les dimensions et les aspects des films (le grainage).
4. Les films sont mis en bobine ou coupés et empilés pour faire des feuilles, aux dimensions et épaisseurs souhaitées des objets à former.

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Le calandrage permet de fabriquer des produits semi-finis :

puce_rose2 des feuilles ou des films qui seront transformés par la suite
puce_rose2 pour devenir des pots, des barquettes ou des gobelets.

 

Thermoformage

Derrière ce terme compliqué se cache le procédé de fabrication qui permet de réaliser toutes sortes d’objets aux formes creuses. Concrètement, pour les emballages, le thermoformage permet de créer des barquettes, des gobelets ou encore des pots de yaourt. Mais au fait, comment ça marche ?

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Le thermoformage est une technique de moulage.

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1. Mise en place de la feuille et chauffage par un plateau chauffant supérieur et inférieur.
2. Montée du moule : la feuille est ramollie et le moule monte pour emboutir la feuille.
3. Formage / Refroidissement : une fois le moule en position haute, le vide est fait entre le moule et la feuille.
4. La feuille se plaque sur le moule et en prend sa forme. De l’air ou de petites gouttelettes d’eau sont projetées sur la pièce pour la refroidir et lui donner sa forme finale.
5. De l’air est soufflé à l’intérieur du moule pour décoller la pièce du moule et celui-ci descend pour libérer la pièce.
6. Une fois le moule descendu, la pièce peut être enlevée puis décortiquée pour enlever les chutes de production (cercle rouge)

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Jouets (bac à sable, toboggans…)
Pots de yaourt
Blister
Gobelets et barquettes

Injection

Tes jouets et tes figurines en plastique ont été façonnés à partir de cette technique de moulage appelée l’injection. C’est un procédé de fabrication qui permet de créer des objets moulés avec des formes compliquées en grande série. Cette technique est parfaitement adaptée pour la réalisation de pièces de très petite ou de grande taille (de quelques dixièmes de grammes à plusieurs kilogrammes).

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Avant de ressembler à des jouets sophistiqués, les Playmobil© ou les Legos© n’étaient que des granulés.

1. La matière plastique est versée dans la trémie de la presse à injecter.
2. Elle est chauffée et malaxée par une vis sans fin. Les granulés deviennent liquides et se mélangent.
3. La pâte est injectée sous pression vers un moule en acier verrouillé.
4. Le plastique chaud prend la forme du moule plus froid et se solidifie à mesure que la température baisse. Et voilà, le produit fini !

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puce_rose2 Médical : Instruments médicaux à usage unique
puce_rose2 Automobile : tableau de bord voiture, pièce sous capot moteur
puce_rose2 Loisir : télévision, téléphone portable…
puce_rose2 Electro-ménager : cafetière, robot…
puce_rose2 Emballages : préformes de bouteilles, seaux, pots

Injection soufflage

Pour la conception des bouteilles, des flacons ou encore des biberons, on utilise l’injection soufflage.

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L’injection-soufflage permet permet d’avoir une cadence très élevée dans le cycle de fabrication qui se déroule en deux grandes phases.
Dans l’atelier d’injection, on fabrique d’abord une préforme, pour façonner, une sorte d’éprouvette avec le goulot de la bouteille.

Vient ensuite le soufflage, proprement dit.

1. Dans l’atelier de soufflage, on chauffe de nouveau le plastique du tube que l’on va étirer dans un moule à l’aide d’une tige.
2. Pour que la matière prenne parfaitement la forme du moule, on lui envoie un jet d’air très puissant (le soufflage).
3. Le moule est ensuite refroidi et s’ouvre, la bouteille apparaît.

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L’application la plus connue est la bouteille (eau, soda).

Extrusion

L’extrusion est le procédé de transformation qui sert à fabriquer des pièces en longueur comme des tuyaux, des gouttières ou des tubes… De dentifrice par exemple.

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1. On verse le polymère sous forme de granulés ou de poudre solide dans la trémie de l’extrudeuse.
2. La matière est entraînée par la vis sans fin qui tourne dans un cylindre chauffé.
3. Elle se liquéfie sous l’effet de la chaleur et de la friction.
4. La vis entraîne le plastique vers la sortie. La tête de sortie (pièce en acier aux formes variées) donne sa forme au produit au plastique qui est ensuite refroidi.

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puce_rose2 Bâtiment : profilés des fenêtres, gouttières, tubes d’évacuation…
puce_rose2 Médical : tubes perfusion…
puce_rose2 Emballages : tubes, pailles…

Extrusion gonflage

Ce procédé est un dérivé de l’extrusion, il consiste à souffler en continu de l’air à l’intérieur d’un tube appelé paraison pour la faire gonfler. Ce procédé ne nécessite pas de moule, c’est l’air soufflé qui donne la forme et le refroidissement. Cette technique permet de fabriquer des sacs plastiques.

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En phase initiale, le principe est le même que celui de l’extrusion classique mais il n’y a pas de forme à la sortie de l’extrudeuse.
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1. On insuffle de l’air comprimé dans le plastique ramolli.
2. Il se gonfle alors et s’élève verticalement comme une bulle de film très fin. On le laisse ensuite refroidir.
3. Avant de l’aplatir entre des rouleaux, on forme des soufflets et on pré-découpe les sacs.
4. On les enroule sur des bobines ou on forme des rouleaux.

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Fabrication des sacs plastiques, de sacs poubelles, films étirables…

Extrusion soufflage

Ce procédé consiste à combiner la technique de l’extrusion avec celle du soufflage. Il permet de fabriquer des objets creux comme les bouteilles de lait ou les flacons de lessive par exemple.

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On réalise d’abord un tube par extrusion simple.

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1. Le tube extrudé (appelé paraison) est enfermé dans un moule de soufflage (2 demi-coquilles ayant la forme désirée).
2. La paraison présente un orifice à son extrémité, qui est pincée (là où sera l’ouverture finale du récipient).
3. Puis de l’air est injecté dans le moule afin que le tube adopte parfaitement les parois où il est très rapidement refroidi. Il suffit alors de démouler l’objet ainsi fabriqué et le tour est joué.

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puce_rose2 Flacons, bouteilles, bidons
puce_rose2 Pièces pour l’automobile

L’expansion moulage

Le dernier procédé de transformation est appelé expansion moulage. Il sert à fabriquer toutes sortes d’emballages en polystyrène expansé.

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Principe

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1. Avant d’être expansé, le polystyrène se présente sous forme de petites billes qui renferment des micro-inclusions de gaz (à l’état liquide).
2. Au contact de la vapeur d’eau, la matière plastique se ramollit et le gaz qu’elle contient se dilate.
3. Les billes gonflent grâce à l’air qu’il contient, comme le pop-corn, mais avec une forme plus régulière.
4. Cette première expansion est réalisée en usine dans de grandes cuves en inox et permet d’obtenir jusqu’à 30 fois le volume initial des petites billes de polystyrène.
5. Ensuite, on sèche les billes pré-expansées dans un silo et on les introduit dans un moule fermé, soumis à une nouvelle injection de vapeur d’eau. Les billes reprennent leur expansion, occupent tout l’espace du moule et se soudent entre elles pour obtenir la forme désirée de l’emballage.

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Caisses à poissons, barquettes…