Différence entre Tg et Tm dans le moulage par injection de plastique

Qu'est-ce que la température de transition (Tg) ?

Température de transition vitreuse (Tg) désigne le point où un polymère passe d'un état dur et vitreux à un état mou et caoutchouteux. Au-dessus de la Tg, les polymères deviennent flexibles et présentent certaines caractéristiques d'écoulement. En dessous de cette température, ils sont plus rigides et moins malléables.

Facteurs affectant la Tg

Plusieurs facteurs peuvent influencer la Tg dans les polymères.

Poids moléculaire est un facteur clé ; des poids moléculaires plus élevés conduisent souvent à des valeurs de Tg plus élevées. Forces intermoléculaires jouent également un rôle. Des forces plus fortes rendent le déplacement des chaînes polymères plus difficile, ce qui augmente la Tg.

Plastifiants Des charges peuvent être ajoutées pour abaisser la Tg. Elles facilitent le glissement des chaînes les unes par rapport aux autres. D'un autre côté, l'ajout de charges peut augmenter la Tg en limitant le mouvement. L'historique thermique est également important. Si un polymère a été chauffé et refroidi plusieurs fois, la Tg peut se déplacer.

Qu'est-ce que la température de fusion (Tm) ?

Lorsque vous chauffez un polymère, les régions cristallines passent d'un état solide à un état liquide. Ce processus de fusion se produit à la température de fusion (Tm). Cette température diffère selon les matériaux en raison de la structure cristalline et de la force de liaison au sein du polymère. Dans les polymères cristallins, ces motifs sont plus ordonnés, ce qui entraîne un point de fusion précis.

Influence du poids moléculaire et de la structure

Le poids moléculaire d'un polymère a une grande influence sur sa température de fusion. Les polymères à poids moléculaire élevé ont généralement une température de fusion plus élevée. La raison est qu'un poids moléculaire plus élevé augmente l'enchevêtrement des chaînes, ce qui rend plus difficile le déplacement et la fusion des chaînes.

La structure moléculaire joue également un rôle. Les polymères linéaires peuvent avoir une température de transition vitreuse plus distincte que les polymères ramifiés en raison de chaînes serrées. La perfection du cristal et l'alignement de la chaîne affecte également la Tm, un meilleur alignement conduisant à des températures plus élevées.

La différence entre Tg et Tm

Caractéristiques	Température de transition vitreuse (Tg)	Température de fusion (Tm)
Type de changement	Transition de second ordre sans changement de phase ; seules les propriétés physiques changent	Transition de phase du premier ordre du solide au liquide
Type de matériau	Se produit uniquement dans les matériaux amorphes et semi-cristallins	Se produit dans les matériaux cristallins
Changement d'état	De l'état de verre à l'état de caoutchouc sans changement de phase	Phase solide vers phase liquide
Structure moléculaire	Aucun changement dans la disposition moléculaire ; reste amorphe	Décomposition complète de la structure cristalline
Réversibilité	Processus entièrement réversible	Changement de phase réversible
Plage de température	Se produit généralement à des températures inférieures à Tm	Généralement supérieur à Tg
Facteurs d'influence	– Structure chimique du polymère – Poids moléculaire – Teneur en plastifiants – Flexibilité	- Pression – Liaison chimique – Forme et taille des molécules – Empaquetage moléculaire
Méthode de mesure	Généralement mesuré à l'aide de la calorimétrie différentielle à balayage	Mesuré à une pression spécifique (généralement une pression standard)
Importance industrielle	Essentiel dans le traitement et les applications des polymères	Important pour le choix et le traitement des matériaux
État physique	Le matériau reste solide mais devient flexible/caoutchouteux	Le matériau se transforme complètement en liquide
Changement énergétique	Implique un adoucissement progressif	Implique une transformation de phase complète
Impact de l'application	Détermine la flexibilité du matériau et les conditions de traitement	Détermine la résistance à la chaleur du matériau et les limites de traitement
Dépendance au taux de chauffage	Plus sensible aux changements de taux de chauffage	Moins sensible aux changements de taux de chauffage

Comment Tg et Tm définissent les catégories de polymères

Thermoplastiques vs. Thermodurcissables : Les valeurs Tg et Tm permettent de distinguer ces catégories. Les thermoplastiques ont à la fois Tg et Tm et peuvent être remodelés plusieurs fois par chauffage. Les thermodurcissables, en revanche, se réticulent à haute température, fixant leur forme lorsqu'ils refroidissent. Ils présentent une Tg mais pas une Tm typique car ils ne fondent pas.

Cristallinité et propriétés : Les polymères à haute cristallinité ont une température de fusion (Tm) claire et nette et une résistance mécanique généralement plus élevée. Ceux qui ont une teneur en amorphe plus élevée ont une température de fusion (Tg) plus élevée et une plus grande flexibilité, mais une rigidité structurelle plus faible.

Tg et Tm dans la fabrication de moules

La température de transition vitreuse (Tg) et la température de fusion (Tm) sont des paramètres critiques dans les processus de moulage par injection et de coulée sous pression, car elles influencent directement les conditions de traitement et la qualité du produit final. Si la température de traitement est inférieure à Tg, le polymère reste rigide et cassant, ce qui entraîne une flexibilité limitée et un risque accru de fracture pendant le processus de moulage. Cela peut entraîner des défauts tels que des fissures ou un remplissage incomplet de la cavité du moule, compromettant à terme l'intégrité des pièces moulées.

En revanche, la température Tm définit la température maximale nécessaire pour faire fondre complètement le polymère, ce qui garantit que le matériau peut s'écouler correctement dans la cavité du moule. Si la température dépasse la température Tm, le polymère peut se dégrader ou se décomposer, ce qui entraîne de mauvaises propriétés du matériau et des défauts dans le produit final.

Lorsque la température de traitement est proche ou supérieure à Tg, les propriétés du matériau peuvent changer de manière significative. Le polymère devient plus souple, ce qui permet une meilleure déformation sans rupture, ce qui améliore les caractéristiques d'écoulement et facilite le remplissage de modèles de moules complexes. Cependant, les températures élevées peuvent également introduire de nouveaux mécanismes de dégradation, tels que l'oxydation thermique ou la scission de chaîne, qui peuvent affecter négativement la qualité globale des pièces moulées, y compris leur résistance mécanique et leur stabilité thermique.

Les effets de Tg et Tm s'étendent au-delà des températures de traitement pour influencer les temps de refroidissement et de cycle de l'opération de moulage. Lorsque la température se rapproche de Tg pendant le refroidissement, le matériau passe d'un état caoutchouteux à un état vitreux, ce qui peut affecter la vitesse de refroidissement et la durée du cycle. Si le refroidissement est trop rapide, il peut entraîner des contraintes internes ou une déformation du produit final. Inversement, si le temps de refroidissement est prolongé, il peut permettre une meilleure cristallisation des polymères semi-cristallins, améliorant ainsi leurs propriétés mécaniques.

De plus, les températures Tg et Tm ont un impact sur diverses propriétés des matériaux pendant le traitement, notamment la conductivité thermique, la clarté optique et les performances mécaniques. Par exemple, les polymères traités au-dessus de la température Tg présentent généralement des propriétés thermiques et mécaniques améliorées, car ils peuvent mieux supporter les contraintes imposées pendant le moulage. Ceci est particulièrement important dans les applications où le produit final est soumis à des charges mécaniques ou à des cycles thermiques.

Les paramètres de traitement critiques influencés par Tg et Tm comprennent le débit d'injection, la température des parois du moule, la pression de remplissage et l'orientation des fibres dans les matériaux composites. Ces paramètres doivent être soigneusement contrôlés pour garantir un flux de matériau approprié, maintenir les propriétés physiques souhaitées et obtenir une qualité de pièce constante. Par exemple, un débit d'injection optimal est nécessaire pour remplir efficacement le moule sans provoquer de défauts tels que des injections courtes ou des bavures excessives.

Les considérations de fiabilité soulignent également l'importance du contrôle de la température. Le dépassement de la Tg pendant le traitement peut introduire de nouveaux mécanismes de défaillance, tels qu'une fragilité accrue ou une résistance aux chocs réduite, qui peuvent affecter négativement les propriétés électriques et mécaniques des pièces moulées. Cela, à son tour, a un impact sur la fiabilité et les performances à long terme du produit final, en particulier dans les applications exigeantes.

Tg des matériaux courants de moulage par injection de plastique

Le tableau suivant répertorie les températures de transition vitreuse (Tg) en degrés Celsius pour divers matériaux de moulage par injection de plastique :

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