Moulage par Injection du PC : Propriétés, Nuances, Applications et Notes DFM

Ce qu’est le PC — et ce qu’il n’est pas

Le polycarbonate est un thermoplastique technique amorphe. Le caractère amorphe compte ici plus que la chimie : le PC n’a pas de point de fusion cristallin, il retreint donc peu et de façon prévisible (0,5–0,7 %), tient bien les tolérances serrées et reste optiquement transparent. Ces trois propriétés expliquent pourquoi le PC finit dans des lentilles, des boîtiers médicaux et des capots transparents plutôt que dans des supports structurels.

Ce que le PC apporte face aux styréniques moins chers, c’est la résistance au choc. À 600–900 J/m avec entaille, le PC à température ambiante est environ trois à quatre fois plus tenace que l’ABS (150–250 J/m), et il reste ductile bien plus bas : environ −30 °C sans entaille et −10 °C avec entaille, sans transition ductile-fragile brutale du type de celle qui fait échouer l’ABS d’un coup au froid.

Deux choses que le PC n’est pas :

• Ce n’est pas une matière résistante aux solvants. Les polymères amorphes n’ont pas de barrière cristalline pour tenir les produits chimiques agressifs hors de la masse, et la liaison carbonate s’hydrolyse. Combiné aux contraintes de moulage, cela produit la fissuration sous contrainte environnementale — le mode de défaillance terrain le plus fréquent des pièces PC, et la raison pour laquelle une pièce qui a passé tous les essais mécaniques peut fissurer trois mois plus tard à côté d’un agent nettoyant.
• Ce n’est pas une matière tolérante à mettre en œuvre. Le PC sèche à 120 °C pendant 3–4 h jusqu’à moins de 0,02 % d’humidité, fond à 280–320 °C et demande un moule à 80–120 °C. Une résine humide s’hydrolyse dans le fourreau : la masse moléculaire chute, et la pièce sort fragilisée d’une manière qu’aucun post-traitement ne rattrape.

Si vous arbitrez entre PC, ABS et PC+ABS plutôt que de spécifier le PC lui-même, cette décision a son propre guide : PC vs ABS vs PC+ABS →. La présente page traite de la spécification et du moulage du PC une fois que le PC est la réponse.

Propriétés du PC en un coup d’œil

Valeurs de référence pour un PC non chargé d’usage général :

C’est la fenêtre de mise en œuvre, et non le tableau de propriétés, qui décide de la plupart des programmes PC :

Familles de nuances de PC

Le PC est un polymère de base, pas une spécification. Voici les familles qui apparaissent réellement sur les plans, avec les projets de ce site qui les ont mises en œuvre :

Deux familles méritent d’être signalées parce qu’elles changent l’outillage, pas seulement la résine : le PC ignifugé est plus sensible au cisaillement (les systèmes FR se dégradent si la matière est surchauffée ou maintenue trop longtemps), et le PC chargé fibre de verre use le moule — 20 % de GF sur un programme de 300 000 cycles érode les seuils et les arêtes d’empreinte, si bien que l’acier trempé cesse d’être une option.

Où le PC se situe en production

Le PC justifie son prix dans cinq situations :

Pièces transparentes ou véhiculant la lumière. Aucune autre matière de ce site ne combine la transparence avec ce niveau de choc. Capots transparents, lentilles, guides de lumière et fenêtres d’affichage sont soit des programmes PC, soit des programmes acrylique — et l’acrylique perd immédiatement l’argument du choc.

Boîtiers à fort impact là où l’ABS ne suffit pas. Si l’essai de chute est spécifié à −20 °C, ou si la pièce est un appareil portatif avec une grande paroi non supportée, la courbe de choc de l’ABS décroche exactement là où celle du PC ne décroche pas.

Températures de service au-dessus de 100 °C. Une HDT de 125–135 °C couvre les intérieurs d’appareils électroménagers, l’électronique sous planche de bord et les équipements qui tournent chaud. L’ABS à 85–100 °C n’y laisse aucune marge.

Équipements médicaux et de diagnostic. Le PC USP Class VI tracé est la matière de référence pour les boîtiers d’analyseurs et de mesure qui exigent à la fois la transparence et la tenue aux désinfectants — et c’est l’une des rares matières où la charge documentaire (ISO 10993, traçabilité des lots, moulage en salle blanche) pèse autant que les propriétés.

Enveloppes électriques ignifugées avec une face visible. Le PC FR donne le V-0 et un aspect Classe A dans la même pièce, ce que l’ABS FR ne tient pas toujours aux épaisseurs de paroi en jeu.

Là où le PC est généralement la mauvaise réponse : les boîtiers grands, minces et complexes (la fluidité de la matière impose une force de fermeture élevée ou des seuils multiples), les pièces exposées aux solvants ou aux carburants, et les programmes tirés par le coût où le PC+ABS apporte ~80 % du choc pour 60–70 % du prix.

Projets PC réalisés dans notre atelier

Quatorze programmes PC, avec les spécifications réellement mises en œuvre. C’est le groupe de matière le plus important de notre portefeuille de cas — le PC n’est pas une matière de niche ici :

Trois tendances dans ce tableau méritent d’être lues avant de spécifier :

• L’acier à moules suit la nuance, pas la matière. Le structurel et les boîtiers tournent en P20 ou 718H ; l’optique et le médical en S136 ; le chargé fibre et les programmes à un million de cycles en S136H à 48–52 HRC. Ce partage est constant sur les quatorze lignes.
• La durée de vie du moule varie de 20× — de 50 000 sur le mélange prototype + série de l’OBD jusqu’à 1 000 000 sur le boîtier de chargeur. C’est une décision d’outillage, et elle se chiffre programme par programme.
• Le T1 se situe à 20–35 jours pour des moules PC à une empreinte comme à 16 empreintes. La fenêtre de mise en œuvre du PC ne coûte rien en délai quand le moule est conçu pour elle.

Notes DFM propres au PC

Le séchage n’est pas optionnel

Le PC absorbe l’humidité et s’hydrolyse à la température matière. La limite est de 0,02 % — la plus serrée de ce site — et elle exige un sécheur à dessiccant maintenant un point de rosée sous −30 °C, avec un transport d’air sec jusqu’à la trémie de la presse. Un sécheur de trémie seul n’y parvient pas.

La défaillance est silencieuse. Un PC humide ne produit pas toujours de stries argentées visibles dès les premières pièces ; il perd de la masse moléculaire, et la pièce paraît conforme alors que son choc avec entaille a chuté de moitié. Si une pièce PC est fragile en service et que les enregistrements de procédé montrent une dérive du séchage, c’est l’explication, et aucun recuit ne la corrige.

Dimensionnement des seuils et fluidité

La viscosité matière du PC est élevée, autrement dit sa fluidité est faible, et ce seul fait pilote la conception des seuils. Un PC non chargé demande des seuils de 0,8–1,5 mm de diamètre minimum ; descendre en dessous signifie que la matière est cisaillée à l’entrée, ce qui élève les contraintes exactement là où la pièce risque le plus de fissurer. Attendez-vous à des pressions d’injection plus élevées et à une machine disposant d’une réelle capacité de plastification — une presse qui met en œuvre l’ABS confortablement ne plastifie pas forcément le PC assez vite pour remplir la même injection.

Les seuils ponctuels sur PC sont un point faible connu. Quand la pièce est cosmétique ou chargée en fatigue, un seuil plus gros avec une trace de seuil nette vaut généralement mieux qu’un petit seuil qui laisse une concentration de contraintes en surface.

Température de moule et état de surface

Le PC veut une température de moule de 80–120 °C. Ce n’est pas un réglage de confort : sous 80 °C, la texture et le brillant de surface chutent, les lignes de soudure deviennent visibles et les contraintes internes montent sur toute la pièce. Un brillant élevé SPI A1–A2 est atteignable sur PC, mais il l’est à cette température — ce qui signifie qu’un moule construit pour l’ABS (qui tourne à 50–60 °C) ne peut généralement pas être retaillé pour le PC sans revoir le circuit de refroidissement et le régulateur de température.

En pratique, prévoyez une demande de régulation thermique du moule plus élevée sur un outillage PC. C’est le coût récurrent qui surprend les acheteurs comparant des devis d’outillage PC et ABS.

Retrait et dimensionnement des empreintes

À 0,5–0,7 %, le PC retreint de façon prévisible, et comme il est amorphe, il n’y a pas de cristallisation post-moulage pour déplacer les dimensions des semaines plus tard. Le dimensionnement des empreintes n’est donc pas là où les programmes PC dérapent. Là où ils dérapent, c’est l’épaisseur de paroi : le PC remplit plus facilement les sections épaisses que les sections minces, et un concepteur venu de l’ABS amincit souvent une paroi au-delà de ce que la viscosité du PC peut remplir à une pression raisonnable.

Contraintes internes et fissuration sous contrainte environnementale

C’est le point DFM déterminant du PC, et il mérite sa propre ligne sur le plan. L’ESC exige trois choses en même temps : un polymère sensible, une contrainte de traction et un produit chimique. Le PC fournit les deux premières par nature — des contraintes internes issues d’un moule froid ou d’un seuil sous-dimensionné, plus les contraintes d’assemblage d’un clip ou d’un bossage de vis, suffisent généralement.

Ce qu’il faut faire :

• Montez la température de moule dans la bande 80–120 °C et allongez le compactage, pour que les contraintes internes baissent avant que la pièce ne quitte le moule
• Recuisez les pièces épaisses ou fortement chargées quand la géométrie ne peut pas éviter les contraintes
• Spécifiez l’environnement chimique sur le plan. Agents de nettoyage, gels hydroalcooliques, adhésifs, freins filet et agents de démoulage sont les coupables habituels, et une pièce PC qui sera essuyée chaque jour avec un désinfectant alcoolique pose un problème de conception différent d’une pièce qui ne le sera pas
• Tenez les clips et les emmanchements serrés hors de toute traction permanente — un clip qui maintient la pièce en tension permanente est une fissure qui attend le premier solvant qu’elle rencontrera

Évents et piégeage de gaz

La viscosité élevée joue dans les deux sens sur les évents : le PC a moins tendance que l’ABS à faire de la bavure à travers un jeu d’évent, mais plus tendance à piéger du gaz, parce que le front d’écoulement ne chasse pas l’air aussi facilement. Le résultat pratique, ce sont des brûlures et des piégeages de gaz dans les dernières zones remplies — d’où le fait qu’un outillage PC demande généralement plus d’évents que l’équivalent ABS, et non moins.

Sections épaisses et service à basse température

Le PC reste ductile jusqu’à environ −30 °C sans entaille, mais seulement jusqu’à environ −10 °C avec entaille : une pièce avec un angle interne vif en service froid se comporte donc comme une éprouvette entaillée, que le plan le dise ou non. Arrondissez les angles internes, et si la pièce descend sous −10 °C, traitez chaque entaille — trace de seuil, départ de filet, intersection de nervure moulée — comme une décision de conception et non comme un détail.

Dépannage : les défauts que le PC produit réellement

Pages de procédé associées

Les programmes PC de ce site touchent généralement ces pages :

• Moulage par Injection — le procédé de base et la plage de machines
• Conception de Moule — les décisions de seuil, de refroidissement et d’éjection que le PC impose
• Fabrication de Moules Multi-Empreintes — les outillages PC à 8 et 16 empreintes
• Moulage en Salle Blanche — les programmes PC médicaux
• Surmoulage — le travail bi-injection PC/PC et PC/TPE
• Moulage de Précision — les pièces PC optiques et critiques en tolérance
• Assemblage — assembler le PC sans introduire de contraintes
• Guide des Matériaux — le tableau complet des propriétés de toutes les matières de ce site

Réussir le PC sur votre pièce

Si vous avez une pièce PC en conception, envoyez le plan et les conditions d’application — température de service, produits chimiques qu’elle rencontrera, spécification d’essai de chute, et si la transparence est fonctionnelle ou cosmétique. Ces quatre réponses changent la nuance, la conception des seuils et la température de moule avant même que l’outillage ne soit chiffré.

Nous reviendrons avec une revue DFM et un devis, et nous vous dirons si le PC est la mauvaise matière pour ce travail.

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