Évaluation des contraintes résiduelles dans les pièces injectées en thermoplastique renforcé de fibres courtes

Evaluation of residual stresses in short fiber reinforced thermoplastic molded parts

Centre de Mise en Forme des Matériaux, École des mines de Paris, UMR CNRS 7635, BP 207, 06904 Sophia Antipolis Cedex, France

Auteur de correspondance : michel.vincent@ensmp.fr

Reçu : 10 Juin 2003
Accepté : 7 Novembre 2003

Résumé

Dans un premier temps, les phénomènes à l'origine des contraintes résiduelles en injection de thermoplastique sont décrits, avec les spécificités liées aux polymères renforcés de fibres. Le refroidissement hétérogène associé à une variation de comportement mécanique conduit aux contraintes d'origine thermique, auxquelles il faut ajouter les contraintes dues à la pression dans la phase fluide figée par la solidification. Les fibres de renfort introduisent une hétérogénéité et une anisotropie de comportement mécanique et de retrait. Dans un deuxième temps, une méthode de mesure des contraintes résiduelles basée sur l'enlèvement de couches et la mesure des moments de flexion est présentée. Elle permet la mesure des contraintes résiduelles pour des matériaux anisotropes comme les thermoplastiques renforcés de fibres. En général, on obtient des contraintes de traction en cœur, et de compression en peau. L'effet du fraisage pour enlever les couches est évalué. La pression et le temps de maintien, la température de régulation du moule, le taux de fibres influencent les profils de contraintes.

Abstract

First, phenomena at the origin of residual stresses in injection molding of thermoplastic polymers are described, and the specificity of fiber reinforced thermoplastic is introduced. Heterogeneous cooling associated with mechanical behavior variations leads to thermal stresses. Frozen-in pressure induced stresses are specific to the injection molding process. Fibers induce heterogeneity and anisotropy of mechanical behavior and thermal shrinkage. Second, a measurement technique based on the layer removal method and measurement of the bending moment is presented. It allows the determination of residual stresses in anisotropic materials such as fiber reinforced thermoplastics. The influence of the milling process is discussed. Tensile stresses in the core and compression stresses in the surface are usually obtained. Packing pressure and time, mold temperature, fiber concentration have an influence on the stress profiles.