Modélisation multi-physiques et simulations numériques du moulage par injection mono et bi matières thermoplastique / silicone liquide

Multiphysics modeling and numerical simulation of mono and bi materials injection molding of thermoplastic / liquid silicone

• Auteur / Autrice : Huibin Ou
• Direction : Thierry Barrière, Jean-Claude Gelin, Mohamed Sahli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 02/02/2015
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologie
• Jury : Président / Présidente : Bao-Sheng Liu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Barrière, Jean-Claude Gelin, Mohamed Sahli, Bao-Sheng Liu, Abel Cherouat, Jean-Yves Charmeau, Carl Labergère, Patrick Rozycki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abel Cherouat, Jean-Yves Charmeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moulage par injection

Mots clés libres

Élastomères silicones

Thermoplastiques

Rhéologie

Vulcanisation

Moulage par injection

Surmoulage

Adhésion interfaciale

Silicone elastomers

Thermoplastics

Rheology

Curing kinetic

Injection molding

Overmolding

Interfacial adhesion

Résumé

La famille des élastomères silicones LSR (Liquid Silicone Rubber) de haute technicité est identifiée comme celle possédant les plus forts arguments de développement au cours des prochaines décennies en raison de leurs propriétés spécifiques et de leurs facilités de mise en forme en grande série. Notamment, le moulage par injection du LSR sur d’autres matières telles que les thermoplastiques ou les métaux est aujourd’hui possible, ce qui ouvre la possibilité d’obtenir des composants multi-matières, multi-couleurs et de nouvelles fonctionnalités. Cette thèse se concentre sur la transformation des élastomères silicones LSR dans le but de mieux appréhender les phénomènes impliqués, afin d’améliorer les procédés d’élaboration et d’optimiser les conditions de transformation des composants élastométriques mono ou bi-matières à géométrie et propriété fonctionnelle bien définie. Les comportements rhéologique, cinétique et thermique des élastomères silicones ont été étudiés et caractérisés sous des conditions réelles de mise en œuvre par différentes méthodes associées. Un modèle thermo-rhéo-cinétique a été développé et ensuite implémenté dans un code de calcul de remplissage Cadmould® pour simuler le moulage par injection des élastomères silicones LSR ou encore le surmoulage de thermoplastiques. Pour la validation des modèles choisis et des paramètres identifiés, les essais d’injection sur l’outillage industrielle instrumenté ont été réalisés et confrontés à des résultats numériques obtenus. Enfin, la caractérisation de l’adhésion et l’adhérence interfaciale entre les thermoplastiques et les élastomères silicones a été réalisé sous différentes sollicitations complexes. De plus, l’évolution d’adhérence interfaciale des assemblages collés au cours de la vulcanisation des élastomères silicones a été caractérisée par l’essai de traction en utilisant un rhéomètre rotatif sous différentes modes de chauffage.

The family of high technology silicone elastomers LSR (Liquid Silicone Rubber) is identified as having the strongest arguments for development in the coming decades due to their unique properties and easy forming in large series. In particular, the injection molding of LSR on other materials such as thermoplastics or metals is possible today, which opens the possibility of obtaining multi-material, multi-color and new features components. The work presented in this thesis focuses on the transformation of silicone elastomers in order to better understand the phenomena involved, as to improve production processes and optimize processing conditions for mono or bi-material components in geometry and property functional well defined. The rheological, curing kinetic and thermal behaviors of silicone elastomers have been studied and characterized under real conditions of production by different methods combined. A thermo-rheo-kinetic model was then developed and implemented in commercial computer software Cadmould® to simulate the injection molding process of LSR or the overmolding process of LSR on to thermoplastics. For the validation of the models chosen and the parameters identified, the injection molding tests on industrial instrumented tools were performed and compared to numerical results. Finally, the characterization of interfacial adhesion between the thermoplastic and silicone elastomers was carried out under various adhesion tests. Moreover, the evolution of interfacial adhesion in thermoplastic/silicone components during the vulcanization of silicone elastomers has been characterized by the tensile test using a rotating rheometer in different heating cycles