Matériau plastique haute température

La recherche et le développement dans les domaines de la chimie des polymères et de la science des matériaux ont été importants au milieu du vingtième siècle. Les plastiques et les polymères ont été créés à la suite de ces recherches et développements. Ces matériaux avaient la capacité de résister à des températures plus élevées. Le sulfure de polyphénylène et le polytétrafluoroéthylène ont été initialement créés, et se sont avérés capables de résister à des températures plus élevées que les plastiques traditionnels. L'industrie aérospatiale a suscité une demande et des besoins importants en polymères ou plastiques haute température dans les années 1970. Les efforts déployés en raison de la nécessité de matériaux légers, présentant des caractéristiques mécaniques et thermiques exceptionnelles, ont ensuite abouti à la création de polymères tels que de nombreux types de polyamides et de polyétheréthercétone.

Les pièces métalliques des moteurs d'avions et leurs composants structurels ont finalement été remplacées par ces plastiques légers et résistants aux températures élevées. Les plastiques conventionnels ont tendance à se ramollir à haute température, puis à commencer à se dégrader à ces températures élevées. En revanche, les plastiques haute température conservent leurs propriétés intactes à des températures élevées et sont considérés comme adaptés à une utilisation dans des industries où existent des conditions de fonctionnement extrêmes. Ces propriétés comprennent la résistance chimique, la stabilité dimensionnelle et les propriétés mécaniques qui sont essentielles aux performances des plastiques haute température. Ces plastiques haute température qui sont conçus pour faire face et résister à des températures élevées dans des environnements extrêmes sont également appelés thermoplastiques techniques ou thermoplastiques hautes performances.

 

Définition du matériau plastique haute température

Matériau plastique haute température est un matériau spécialement conçu pour fonctionner à des températures élevées et résister à ces températures élevées. La caractéristique fondamentale qui est importante est que les plastiques haute température conservent leur intégrité structurelle et leurs propriétés mécaniques à haute température. Ces plastiques techniques hautes performances conservent leur forme d'origine et ne se déforment pas lorsqu'ils fonctionnent à des températures élevées.

Selon la catégorie des plastiques, ils conservent leurs caractéristiques entre les plages de température de 150°C à plus de 300°C. Ces plastiques haute température trouvent leur utilisation dans des applications à haute température où les plastiques normaux se dégraderaient et se déformeraient et ne pourraient pas supporter cette température élevée. Il convient de mentionner que les métaux supportent un poids élevé et sont également sensibles à la corrosion. En gardant cela à l'esprit, les matières plastiques haute température remplacent les aliments dans de telles applications car elles sont légères et résistantes à la corrosion.

Polymères et plastiques haute température (différenciation)

Les plastiques et les polymères se différencient par leur composition et leur structure. Les polymères haute température constituent une vaste catégorie, tandis que les plastiques haute température sont un sous-ensemble de cette catégorie plus large. Les polymères haute température sont composés à la fois de thermodurcissables et de thermoplastiques. Des méthodes de polymérisation avancées sont appliquées pour synthétiser ces polymères. La plupart du temps, des renforts ou des additifs spécifiques sont utilisés pour augmenter leurs performances face aux températures élevées.

Cependant, les plastiques haute température ne sont constitués que de thermoplastiques. Ces plastiques sont conçus pour faire face et supporter des températures élevées sans se déformer. Ces plastiques présentent très peu ou pas de dégradation à haute température. Ces plastiques sont spécifiquement conçus pour conserver leur résistance chimique, leurs propriétés mécaniques et leur stabilité dimensionnelle dans un environnement à haute température.

Quels sont les matériaux des plastiques haute température (caractéristiques et applications) ?

Voici les matériaux qui entrent dans la catégorie des plastiques haute température.

1. Polytétrafluoroéthylène (PTFE)

Ce matériau, également appelé PTFE, est un excellent isolant électrique et est largement utilisé dans les applications où une isolation électrique est nécessaire. Ce matériau est également utilisé pour les revêtements antiadhésifs, en particulier dans les ustensiles de cuisine, les joints et les roulements. Cette utilisation est basée sur certaines propriétés importantes de ce matériau, comme suit.

• Stabilité à haute température
• Faible coefficient de frottement
• Bonne résistance chimique

2. Sulfure de polyphénylène (PPS)

Ce matériau PPS est un thermoplastique qui a une structure semi-cristalline et présente les caractéristiques importantes suivantes.

• Résistance au feu (inhérente)
• Résistance à haute température
• Résistance chimique
• Stabilité dimensionnelle

Ces caractéristiques rendent ce matériau adapté à une utilisation dans des applications industrielles. Ce matériau est également utilisé dans le secteur électrique et électronique pour la production de boîtiers et de connecteurs. De plus, dans l'industrie automobile, ce matériau est utilisé pour fabriquer des composants sous le capot. Moulage par injection PPS pour en savoir plus sur ce matériau.

3. Polymère à cristaux liquides (LCP)

Ce matériau également appelé LCP trouve ses applications dans les domaines suivants.

• Secteur des télécommunications
• Industrie électronique (fabrication de commutateurs et de connecteurs)
• Industrie automobile (production de composants sous le capot)

Ce matériau présente les propriétés importantes suivantes qui permettent à ces matériaux d’être utilisés dans les applications mentionnées ci-dessus.

• Excellente résistance chimique
• Résistance mécanique élevée
• Bonne stabilité dimensionnelle
• Excellente rigidité

4. Polyétheréthercétone (PEEK)

Ce matériau est également thermoplastique et possède une structure semi-cristalline. Il est également appelé PEEK. Ce matériau présente les caractéristiques suivantes.

• Rapport résistance/poids élevé
• Bonnes propriétés mécaniques
• Excellente résistance chimique
• Stabilité à des températures élevées jusqu'à 250°C

Compte tenu des propriétés susmentionnées du PEEK, il est largement utilisé dans les applications suivantes pour la fabrication de composants qui exigent une résistance aux conditions environnementales extrêmes et une bonne résistance mécanique. moulage par injection de plastique peek pour en savoir plus.

• Industrie des semi-conducteurs
• Secteur automobile
• Industrie aérospatiale
• Secteur médical

5. Polyétherimide (PEI)

Ce matériau également appelé PEI offre les propriétés importantes suivantes.

• Résistance au feu
• Bonne résistance mécanique
• Haute résistance thermique
• Excellente stabilité dimensionnelle
• Bonnes propriétés électriques

Les principales applications de ce matériau couvrent les secteurs suivants.

• Secteur médical (fabrication d'instruments chirurgicaux stérilisables)
• Industrie automobile
• Industrie électronique
• Secteur aérospatial

6. Polyimides (PI)

Le matériau polyimides, également appelé PI, offre les caractéristiques suivantes.

• Bonnes propriétés mécaniques
• Excellente stabilité thermique jusqu'à 400°C
• Bonne résistance chimique
• Faible dilatation thermique

Ce matériau est largement utilisé dans l’industrie électronique, le secteur aérospatial et l’industrie automobile pour les applications suivantes.

• Isolation électrique
• Boucliers thermiques
• Pièces de rechange et pièces de moteur
• Circuits imprimés

7.  Fluoropolymères (FPE)

Les matières plastiques haute température qui entrent dans cette catégorie plus large sont les suivantes.

• Éthylène-propylène fluoré
• Polytétrafluoroéthylène
• Perfluoroalcoxy

Ces polymères ont tendance à présenter certaines qualités décrites comme suit.

• Stabilité à température élevée
• Excellente résistance chimique (contre les acides, les bases et de nombreux solvants)
• Faible coefficient de frottement

Ces matériaux trouvent leurs applications principalement dans les applications suivantes.

• Revêtements de fils
• Traitement des semi-conducteurs
• Tubes
• Scellés
• Doublures
• Équipement de traitement chimique

  8. Polyphénylsulfone (PPSU)

Le PPSU est un plastique technique thermoplastique résistant aux hautes températures qui a été découvert dans les années 1960. Sa densité est de 1,24 g/cm2, son absorption d'eau est de 0,22%, son taux de rétrécissement est de 1,007 (0,7%), sa température de fusion est de 190 °C, sa température de déformation à chaud est de 1,82 MPa à 174 °C et sa température d'utilisation à long terme varie de -100 °C à +150 °C. C'est l'un des matériaux plastiques de la plus haute qualité parmi eux.

Procédé de moulage simple pour le matériau plastique PPSU

Pré-séchage : Le PPSU doit être pré-séché avant le traitement pour éliminer l'humidité du matériau et éviter les réactions d'hydrolyse à haute température. La température de séchage est de 90℃–110℃, avec un temps de séchage d'au moins 3 à 4 heures.

Préchauffage : Le PPSU doit être préchauffé avant le moulage par injection pour améliorer la fluidité du matériau. La température de préchauffage est généralement comprise entre 80 et 120 °C.

Injection : injection de PPSU dans le moule. La pression et la vitesse d'injection doivent être déterminées en fonction du type et de l'épaisseur de la paroi du moulage par injection.

Refroidissement : C'est à peu près le même que les autres pièces moulées par injection, mais le PPSU nécessite une température de moule plus élevée que l'ABS ou le PC, donc normalement le temps de refroidissement sera un peu plus long, mais cela dépend de l'épaisseur de la paroi de la pièce moulée.

Éjection : Une fois le Moulage par injection de PPSU les pièces sont complètement refroidies dans la cavité du moule, le moule s'ouvre et le système d'éjection éjecte la pièce moulée hors du moule.

Post-traitement : certaines pièces peuvent nécessiter une post-fabrication, telle que l'usinage, le tournage CNC, le nettoyage, etc., selon les exigences du client.

Application de pièces moulées en PPUS,

Le PPUS est très cher et est normalement utilisé dans les appareils électriques, l'électronique, les industries médicales, les biberons, les instruments et les départements aérospatiaux pour les pièces résistantes à la chaleur, à la corrosion, à haute résistance et les pièces isolantes, les films industriels, etc.

Le tableau ci-dessous répertorie quelques matériaux haute température pour votre référence. Si vous avez besoin de pièces de moulage en plastique haute température, n'hésitez pas à nous contacter.

Caractéristiques	Essais ASTM	PTFE	PFA	FEP	ETFE	PCTFE	PVDF	COUP D'OEIL	PPSU	PPS
Point de fusion	(Température approximative : °C)	327	308	270	260	211	175	343	250	278
Température maximale d'utilisation continue	(20 000 heures, valeur théorique : ℃	260	260	200	150	120	150	260	180	240
Conductivité thermique	C177((W/cm·k).℃/cm)	0.25	0.25	0.25	0.24	0.21	0.13	0.66	0.45	0.5
Dureté (shore)	Testeur de dureté Shore D	D50-D65	D60	D55	D70-D75	D80	D75-D85	D85	D85-95	D87-95
Résistance à la traction (Mpa)	D638	25-40	28-35	20-25	40-50	32-40	40-58	98 – 100	94-100	>150
Résistance à la compression (Mpa)	D695/1% Distorsion, 25°C	5-6	5-6	5-6	11	9-12	13-14	25-35	95	27-134
Allongement (%)	D638	250-450	300-400	270-330	400-450	90-250	300-450	40-50	60-120	200
Résistance aux chocs (J/m)	D256	160-170	pas de rupture	pas de rupture	pas de rupture	135-145	1105	40-50	690	800
Proportion	D792	2.13-2.22	2.12-2.27	2.12-2.27	1.70-1.86	2.10-2.14	1.76-1.78	1.26 – 1.32	1.32-1.5	1.32-1.5
Taux de rétrécissement	(Valeur théorique)	2%-5%	4%	3%-6%	3%-4%	1.5%-2%	1.40%	0.50%	0.50%	0.50%
Constante diélectrique	D150/106HZ	2.1	2.1	2.1	2.6	2.4	6.43	3.2	3.94	3.5
Résistance au claquage électrique (MT/V)	D149/temps de tir, 3,2 mm	19	20	20-24	16	20-24	10	25	6.3	17
Résistance aux intempéries		excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent
Résistance aux produits chimiques		excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent	excellent
Ignifugation, ignifugation (%)	Limite de concentration de l'indice d'oxygène	>95	>95	>95	>31	>95	>43	>95	>95	>95

Quelles sont les méthodes de traitement des plastiques à haute température ?

Des techniques spéciales sont utilisées pour le traitement des plastiques à haute température. De plus, lors du traitement, il est assuré que les caractéristiques des plastiques à haute température, notamment la résistance mécanique et la résistance à la chaleur, restent intactes pendant toute l'opération de fabrication.

Les méthodes de traitement les plus courantes et les plus largement utilisées pour les plastiques à haute température sont les suivantes.

1. Moulage par compression

Dans ce procédé, une cavité de moule ouverte est préparée. Cette cavité de moule est ensuite chauffée et une quantité calculée de plastique est placée à l'intérieur. Après cela, ce moule est fermé et une pression adéquate est appliquée sur le matériau. L'application de cette pression comprime le matériau et le matériau est transformé en la forme requise. Les pièces de grande taille et ayant des géométries complexes sont moulées par cette méthode. Ces pièces sont difficiles à mouler par d'autres procédés de moulage. Les matériaux traités par la méthode de moulage par compression comprennent le polyétheréthercétone, les polyimides et les plastiques thermodurcissables haute température. Les paramètres suivants doivent être contrôlés pour produire un produit final uniforme et sans défauts.

• Température
• Pression
• Temps de moulage

2. Moulage par injection

Dans cette méthode de traitement, une cavité de moule de la forme souhaitée est d'abord préparée. Ensuite, la matière plastique sous forme fondue est injectée dans cette cavité de moule. Cette injection est effectuée à haute température et sous haute pression. Les plastiques haute température sont le plus souvent traités par moulage par injection. Cette méthode de traitement est réalisable pour les articles à volume élevé et aux formes complexes. Les matériaux traités par moulage par injection sont constitués de fluoropolymères, de sulfure de polyphénylène, de polyétheréthercétone et de polyétherimide. Les paramètres qui doivent être contrôlés pour éviter le gauchissement et obtenir une stabilité dimensionnelle sont les suivants :

• Taux de refroidissement
• Température
• Résistance du matériau du moule à l'environnement corrosif
• Résistance du matériau du moule aux températures élevées

3. Extrusion

Cette méthode utilise un procédé d'extrusion pour produire le produit ou l'article souhaité. Dans cette technique de traitement, une matrice permanente de forme souhaitée est utilisée. La matière plastique sous forme fondue est forcée dans la matrice en utilisant une force de compression. En conséquence, un produit de section transversale uniforme portant un profil continu est produit. Afin d'éviter la dégradation thermique, le contrôle de la température d'extrusion est essentiel.

Lors du traitement par extrusion de plastiques haute température, la qualité du produit extrudé et la fluidité du matériau varient d'un matériau à l'autre. Ainsi, la géométrie de la matrice et la conception des vis sont ajustées pour obtenir la qualité souhaitée. Les plastiques haute température les plus courants qui sont couramment traités par la méthode d'extrusion comprennent les composites thermoplastiques, les fluoropolymères, le sulfure de polyphénylène et le polyétheréthercétone. Les produits suivants sont généralement fabriqués par cette méthode de traitement.

• Tubes
• Feuilles
• Tiges
• Profils de plastiques haute température

4.  Usinage

Cette technique de traitement implique l'utilisation de diverses machines et outils pour façonner les plastiques à haute température. Dans cette méthode, les machines les plus couramment utilisées sont les machines CNC, les fraiseuses et les tours. Ce type de traitement est appliqué aux produits ou articles qui ont des géométries compliquées et sont de faible volume. Cette méthode exige un outillage spécial et des techniques spécialisées en raison de la résistance et de la ténacité du matériau. Usinage CNC PEEK pour en savoir plus.

Cependant, tous les types de plastiques résistants aux hautes températures peuvent être usinés à l'aide de cette technique. Au cours du processus d'usinage des plastiques résistants aux hautes températures, une quantité considérable de chaleur est générée. Cette chaleur est cruciale pour déstabiliser la précision dimensionnelle de l'article et propager également la dégradation du matériau. Afin d'éliminer les effets néfastes de cette chaleur, une lubrification est effectuée pendant le processus d'usinage.

5. Fabrication additive

Cette méthode de traitement est très unique par rapport aux autres méthodes de traitement. Dans cette technique, les plastiques haute température sont utilisés sous forme de filaments ou de poudres. Cette poudre est utilisée pour produire les pièces couche par couche. Cela est réalisé en adoptant des techniques de fabrication additive. Il existe principalement deux techniques de fabrication additive qui sont les suivantes.

• Modélisation par dépôt de fil fondu
• Frittage sélectif par laser

Ce procédé est utilisable pour la fabrication de prototypes. Il permet également de produire des pièces aux géométries complexes. Cette méthode de traitement permet de réduire au minimum les pertes de matière. Il existe de nombreux plastiques haute température compatibles avec la méthode de fabrication additive. Ces matériaux comprennent le polyétheréthercétone et le polyétherimide. Cette méthode nécessite un contrôle très précis des paramètres du processus afin d'obtenir la précision dimensionnelle et les propriétés mécaniques requises. De plus, cette méthode de traitement nécessite un équipement spécial capable de traiter les matières plastiques haute température.

Conclusion

La science des matériaux touche à de nouveaux horizons et montre des progrès grâce aux plastiques haute température. Ces matériaux offrent des propriétés uniques et spéciales, notamment la résistance mécanique, la stabilité à température élevée et la résistance aux produits chimiques tels que les acides, les bases et les solvants. Les matières plastiques haute température ont permis la fabrication de pièces et de produits de haute performance, solides, plus légers et durables. Par la suite, tous les secteurs et industries de premier plan ont connu une révolution, notamment l'électronique, l'automobile, la médecine et l'aérospatiale.

Les matières plastiques conventionnelles ne peuvent pas supporter des températures élevées et subissent une dégradation. Cependant, les plastiques haute température sont très adaptés à ces applications car ils ont la propriété importante de résister à des températures élevées. De plus, les plastiques haute température présentent une résistance à la corrosion et aux contraintes mécaniques. Ces matériaux offrent une durée de vie prolongée aux produits et aux pièces de rechange en raison de leurs caractéristiques uniques telles que la résistance à la fatigue, la stabilité dimensionnelle et l'isolation électrique dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

Haute température plastiques Les matériaux de construction sont de plus en plus importants car le secteur industriel exige des composants et des pièces de rechange de haute performance. Les avancées en matière de recherche et de développement dans les domaines de la science des matériaux et des méthodes de traitement montrent que ces matériaux peuvent être utilisés pour répondre à des exigences plus élevées. Cela se traduira par une efficacité, une durabilité et une sécurité accrues dans de nombreux secteurs.