Simulation de la réplication de microstructures en polymère par moulage à injection

Lors des périodes hivernales, les installations électriques sont soumises au risque de pollution, notamment à cause de la glace qui s’y dépose. Pour endiguer ce problème, de nombreux scientifiques se sont intéressés au phénomène de la superhydrophobicité. Ainsi, depuis la crise du verglas de 1998, qui a montré l’ampleur des pertes économiques et sociales d’une accumulation de glace sur les installations électriques, des solutions ont été développées : par exemple, les revêtements superhydrophobes pour les isolateurs électriques. Cependant, l’intégrité de ces solutions peut se révéler difficile à maintenir sur les isolateurs dans l’environnement ; en effet, le revêtement encourt le risque d’être enlevé de l’isolateur pour diverses raisons. Le pavillon du givrage à l’Université du Québec à Chicoutimi, en collaboration avec l’entreprise K-Line Insulators Co., a donc envisagé une solution impliquant de créer des isolateurs superhydrophobes à l’aide du moulage à injection. Pour cela, les moules sont construits et agrémentés de microtextures au niveau de leurs parois afin de reproduire des surfaces similaires à la feuille de lotus, qui est composée de microtextures permettant à l’eau de ne pas s’accrocher à la feuille. Le moulage à injection est une méthode simple et rapide de créer un grand nombre de produits à faible coût. Cependant, cette méthode demande de correctement paramétrer les conditions d’entrée du moulage à injection ; si ces paramètres ne sont pas correctement calibrés, le risque de défauts majeurs dans le produit final est important. Afin de vérifier l’effet de chacun de ces paramètres sur le moulage et de trouver la meilleure combinaison possible pour ces derniers, il est possible d’utiliser la simulation numérique. Simuler numériquement l’isolateur électrique permet de tester plusieurs combinaisons possibles de paramètres afin d’obtenir le produit final optimal, et ainsi d’économiser de l’argent en réduisant le nombre de prototypes nécessaires lors de la phase de test. Afin de mettre en oeuvre ce projet, une approche numérique utilisant une simulation multi-échelle, c’est à dire une simulation dans les domaines macroscopique et microscopique, a donc été considérée. Pour cela, les logiciels Moldflow Insight Ultimate et COMSOL Multiphysics ont été utilisé. La simulation complète d’une jupe de l’isolateur a été réalisée dans Moldflow Insight Ultimate, puis un rapprochement au niveau des micro-textures a été simulé à l’aide de COMSOL Multiphysics. Une fois les simulations obtenues, une étude de la variation des différents paramètres opératoires significatifs lors du moulage à injection a été effectuée afin d’observer leur effet sur le remplissage du moule. Les résultats de ce projet ont montré qu’avec un matériel performant, il est possible de simuler numériquement le moulage à injection de surfaces micro-texturées. De plus, il semblerait que les paramètres opératoires les plus significatifs dans le moulage à injection de surfaces micro-texturées soient la température du moule, la température du polymère, la vitesse d’injection et la pression d’injection. De nombreux défis ont été rencontrés lors de la réalisation de ce projet, notamment concernant la mise en place de la simulation multi-échelle. En effet, la possibilité de comparer deux logiciels afin de compléter au maximum les informations obtenues sur le projet est une perspective intéressante. La continuité de ce projet pourrait donc être de réussir à lier les logiciels COMSOL Multiphysics et Moldflow Insight afin de pouvoir obtenir les informations les plus complètes possibles sur le comportement du remplissage au sein du moule microtexturés. De plus, l’utilisation de matériaux thermodurcissables dans le moulage à injection apporte de nouvelles possibilités à la création de produits innovants, notamment dans le domaine de la superhydrophobicité.

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