Pourquoi la résistance de surface des produits en plastique diminue-t-elle lorsqu’on utilise de la résine recyclée ?

L'utilisation de résine recyclée dans les pièces en plastique présente des défis pour les ingénieurs. L'ajout de matériaux secondaires peut entraîner une dégradation plus importante du plastique, réduisant sa résistance structurelle initiale et augmentant le risque de fissuration, notamment dans les zones soumises à de fortes contraintes comme les crochets et les trous de vis. Malgré ces problèmes, l'intégration de matériaux recyclés dans les plastiques est essentielle pour la durabilité environnementale.

Mais pourquoi l'utilisation de matières secondaires recyclées réduit-elle la résistance des plastiques ? Cette question peut être examinée à deux niveaux.

1. Origine des matières secondaires recyclées

Premièrement, les moulistes par injection plastique doivent-ils utiliser des matières secondaires ? Si la protection de l'environnement est une préoccupation, la réduction des coûts est souvent une motivation principale, car les matières secondaires sont moins chères. Mais ces usines utilisent-elles le même type de matériaux recyclés que les granulés de plastique d'origine ? Par exemple, si les granulés d'origine sont des PC Sabic (anciennement GE), les fabricants utilisent-ils réellement des PC recyclés Sabic, utilisent-ils des PC recyclés disponibles, ou même intègrent-ils de l'ABS ? Plus la qualité des granulés de plastique est élevée, moins il est judicieux pour les fabricants d'utiliser des matériaux recyclés, car cela peut entraîner des produits de moindre qualité.

Une autre incertitude concernant les matériaux recyclés concerne leur stockage. Ces matériaux sont souvent stockés de manière inappropriée, exposés aux éléments tels que le vent, le soleil et la pluie. Vous avez peut-être remarqué qu'une chaise en plastique exposée au soleil finit par se décolorer et devenir cassante. De même, les matériaux recyclés exposés à des conditions difficiles verront leurs propriétés physiques se dégrader, ce qui entraînera une qualité imprévisible.

2. La différence des valeurs MFI (Melt Flow Index) avant et après l'injection plastique

Deuxièmement, même si votre procédé d'injection plastique utilise des matériaux strictement identiques aux granulés de plastique d'origine ou des matériaux recyclables de même marque présentant les mêmes spécifications, l'expérience montre que l'indice de fluidité à chaud (MFI) de la plupart des plastiques augmente d'environ 20 à 30 % après injection. Cette augmentation de l'indice MFI entraîne généralement une diminution de la résistance structurelle du plastique, ce qui peut affecter les performances et la durabilité globales du produit.

Les plastiques thermoplastiques se caractérisent par la formation de cristaux polymères enchevêtrés, ce qui leur confère une résistance structurelle élevée. Lors du moulage par injection, la vis mère cisaille et brise ces longues chaînes moléculaires en segments plus courts, réduisant ainsi leur masse moléculaire. Ce processus, appelé scission de chaîne, affaiblit l'enchevêtrement moléculaire et entraîne une diminution de la résistance. Pour plus d'informations, veuillez consulter l'article sur les propriétés rhéologiques des plastiques.

Compte tenu des fluctuations de prix et de la disponibilité des résines thermoplastiques, il est prudent d'optimiser l'utilisation de votre résine. Une méthode courante consiste à utiliser du matériau rebroyé. Une fois le projet terminé, les excédents de matériau et les pièces rejetées peuvent être récupérés et réutilisés comme matériau rebroyé, qui peut ensuite être mélangé à de la nouvelle résine ou utilisé indépendamment.

Lorsque les thermoplastiques sont soumis à des contraintes thermiques et mécaniques, ils peuvent devenir fragiles et cassants, une dégradation appelée « historique thermique ». La chaleur issue du traitement et du broyage peut affecter les propriétés physiques, chimiques et d'écoulement de la résine thermoplastique, ainsi que de tout produit fabriqué à partir de matériaux rebroyés. Bien que la température ou l'historique thermique soient souvent considérés comme la principale cause de dégradation des polymères, de nombreuses résines peuvent conserver leurs propriétés physiques après un nombre limité de cycles de rebroyage si elles sont correctement gérées pendant le traitement.

Quel est le rapport idéal entre la résine broyée et la résine vierge ?

En règle générale, l'industrie du moulage vise un mélange de 20 à 25 % ou moins de résine rebroyée et de résine vierge. Cependant, selon le procédé de fabrication, le ratio peut varier de 100 % de résine vierge à 100 % de résine rebroyée.

Les facteurs qui influencent cette variation comprennent

• Formation inadéquate des manipulateurs de résine

• Calibrage incorrect des doseurs de matières vierges et/ou broyées

• Mélange inégal des matériaux

• Manque de discipline dans l’atelier ou de respect des procédures établies

• Pour éviter des résultats potentiellement désastreux, des procédures appropriées et une discipline dans l’atelier sont essentielles.

Un autre point important à prendre en compte est que, même si le mélange initial contient 20 % de matière broyée, les passes suivantes en contiendront toujours une partie. La résine du premier passage reste dans la pâte. Consultez votre fournisseur de résine pour savoir combien de fois votre plastique peut subir le processus de moulage avant que ses propriétés ne se dégradent de plus de 10 % et pour déterminer quelles propriétés sont affectées en premier.

De quels problèmes potentiels devez-vous être conscient ?

Assurez-vous que les résines telles que le nylon, le polycarbonate, le poly(butadiène téréphtalate) (PBT) et le poly(éthylène téréphtalate) (PET) sont correctement séchées avant leur traitement initial. Dans le cas contraire, elles risquent de s'hydrolyser dans le cylindre de la machine de moulage, raccourcissant les chaînes polymères et provoquant leur dégradation. L'incorporation de matières recyclées dégradées à 25 % dans la résine vierge peut affecter considérablement les performances et la fonctionnalité des pièces finales. Il est primordial de surveiller les températures. Le traitement de la résine vierge à des températures supérieures aux températures recommandées peut accélérer la dégradation du polymère.

La granulométrie constante est également essentielle. Sans un entretien régulier du broyeur, on peut se retrouver avec des granulométries très variables, allant de la poussière fine à des morceaux de 0,6 cm ou plus. Lors de la plastification ou de la rotation de la vis, celle-ci risque de ne pas fondre uniformément ces granulés de différentes tailles, ce qui peut affecter les propriétés des pièces finies. La regranulation est une solution efficace à ce problème. La filtration par fusion du rebroyé permet d'éliminer les contaminants non plastiques. Pour maintenir une stabilité optimale du processus, un entretien régulier du broyeur est essentiel. Il comprend l'affûtage des lames, le nettoyage de la machine et le bon fonctionnement du tamis.

Selon vous, quel est le principal défi lié à la réaffûtage ? D'après mon expérience, la contamination par des plastiques et des matériaux étrangers représente un obstacle majeur. La production est fréquemment interrompue par des pointes chaudes obstruées. Pour réduire les coûts, il est conseillé d'utiliser uniquement de la résine vierge dans les outils à canaux chauds et de réserver la résine réaffûtée pour les outils à canaux froids. Bien que cette option ne soit pas toujours viable, elle constitue une stratégie efficace lorsqu'elle est réalisable.

Quelles solutions existent pour répondre à ces problématiques ?

Au lieu de mélanger de la résine rebroyée à de la résine vierge, envisagez d'utiliser 100 % de la résine rebroyée. Cette approche permet d'éviter les problèmes mentionnés précédemment. Avec cette méthode, vous utilisez d'abord toute la résine vierge, puis vous alimentez les machines à pleine capacité avec la résine rebroyée.