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Dans le paysage industriel actuel, en évolution rapide, les matières plastiques sont devenues un composant indispensable en raison de leurs performances supérieures et de leur large éventail d'applications. Elles sont non seulement omniprésentes dans la vie quotidienne, mais jouent également un rôle crucial dans de nombreux domaines tels que les industries de haute technologie, les équipements médicaux, la fabrication automobile, l'aérospatiale, et bien d'autres encore. Avec les progrès constants de la science des matériaux, la variété et les performances des matières plastiques ne cessent de croître, ce qui présente aux ingénieurs et aux concepteurs davantage de choix et de défis. Comment sélectionner la matière plastique la plus appropriée parmi la myriade d'options pour une application spécifique est devenu une question complexe mais essentielle. Cet article vise à fournir un guide complet pour aider les lecteurs à comprendre les propriétés de base des matières plastiques, les techniques de transformation, les exigences de performance et leur impact sur les performances et le coût du produit final. Nous discuterons des caractéristiques chimiques et physiques de diverses matières plastiques, analyserons leurs performances dans différentes conditions environnementales et d'application, et offrirons des conseils pratiques de sélection. En approfondissant le processus de sélection des matières plastiques, nous espérons aider les lecteurs à prendre des décisions éclairées lors de la phase de conception et de développement du produit, en assurant la fiabilité, la durabilité et l'efficacité économique des produits. Après cette préface, nous nous lancerons dans un voyage dans le monde des matières plastiques, en explorant leurs secrets et en apprenant à appliquer ces connaissances à la conception pratique de produits. Que vous soyez un ingénieur expérimenté ou un nouveau venu dans le domaine de la science des matériaux, nous espérons que cet article vous fournira des informations et une inspiration précieuses. Commençons ensemble ce voyage pour percer les mystères de la sélection des matières plastiques.
Sélection des matières plastiques
À ce jour, plus de dix mille types de résines ont été signalés, dont des milliers sont produits industriellement. La sélection des matières plastiques implique de choisir une variété appropriée parmi le vaste éventail de types de résines. À première vue, la multitude de variétés de plastiques disponibles peut être accablante. Cependant, tous les types de résines n'ont pas été largement appliqués. La sélection des matières plastiques à laquelle nous nous référons n'est pas arbitraire, mais est filtrée au sein des types de résines couramment utilisés.
Principes de sélection des matières plastiques :
I. Adaptabilité des matières plastiques
Performance comparative de divers matériaux ;
Conditions non adaptées à la sélection des plastiques ;
Conditions adaptées à la sélection des plastiques.
II. Performance des produits en plastique
Conditions d'utilisation des produits en plastique :
Contrainte mécanique sur les produits en plastique ;
Propriétés électriques des produits en plastique ;
Exigences de précision dimensionnelle des produits en plastique ;
Exigences de perméabilité des produits en plastique ;
Exigences de transparence des produits en plastique ;
Exigences d'aspect des produits en plastique.
Environnement d'utilisation des produits en plastique :
Température ambiante ;
Humidité ambiante ;
Milieux de contact ;
Lumière, oxygène et rayonnement dans l'environnement.
III. Performance de transformation des plastiques
Aptitude au traitement des plastiques ;
Coûts de transformation des plastiques ;
Déchets générés lors de la transformation des plastiques.
IV. Coût des produits en plastique
Prix des matières premières plastiques ;
Durée de vie des produits en plastique ;
Coûts de maintenance des produits en plastique.
Dans le processus de sélection réel, certaines résines ont des propriétés très similaires, ce qui rend le choix difficile. Lequel choisir est le plus approprié nécessite une considération à multiples facettes et une pesée répétée avant de pouvoir prendre une décision. Par conséquent, la sélection des matières plastiques est une tâche très complexe, et il n'y a pas de règles évidentes à suivre. Il est important de noter que les données de performance des matières plastiques citées dans divers livres et publications sont mesurées dans des conditions spécifiques, qui peuvent différer considérablement des conditions de travail réelles.
Étapes de la sélection des matériaux :
Face aux dessins de conception d'un produit à développer, la sélection des matériaux doit suivre ces étapes :
Premièrement, déterminer si le produit peut être fabriqué à l'aide de matières plastiques ;
Deuxièmement, s'il est déterminé que des matières plastiques peuvent être utilisées pour la fabrication, alors quelle matière plastique choisir devient le prochain facteur à considérer.
Sélection des matières plastiques en fonction de la précision du produit :
Grade de précision
Variétés de matières plastiques disponibles
1
Aucune
2
Aucune
3
PS, ABS, PMMA, PC, PSF, PPO, PF, AF, EP, UP, F4, UHMW, PE plastiques renforcés à 30 % GF (les plastiques renforcés à 30 % GF ont la plus grande précision)
4
Types PA, polyéther chloré, HPVC, etc.
5
POM, PP, HDPE, etc.
6
SPVC, LDPE, LLDPE, etc.
Indicateurs de mesure de la résistance à la chaleur des produits en plastique :
Les indicateurs couramment utilisés sont la température de fléchissement thermique, la température de résistance à la chaleur de Martin et le point de ramollissement Vicat, la température de fléchissement thermique étant la plus couramment utilisée.
Performance de résistance à la chaleur des plastiques courants (non modifiés) :
Matériau
Température de fléchissement thermique
Point de ramollissement Vicat
Température de résistance à la chaleur de Martin
HDPE
80℃
120℃
-
LDPE
50℃
95℃
-
EVA
-
64℃
-
PP
102℃
110℃
-
PS
85℃
105℃
-
PMMA
100℃
120℃
-
PTFE
260℃
110℃
-
ABS
86℃
160℃
75℃
PSF
185℃
180℃
150℃
POM
98℃
141℃
55℃
PC
134℃
153℃
112℃
PA6
58℃
180℃
48℃
PA66
60℃
217℃
50℃
PA1010
55℃
159℃
44℃
PET
70℃
-
80℃
PBT
66℃
177℃
49℃
PPS
240℃
-
102℃
PPO
172℃
-
110℃
PI
360℃
300℃
-
LCP
315℃
-
-
Principes de sélection des plastiques résistants à la chaleur :
Considérer le niveau de résistance à la chaleur :
Répondre aux exigences de résistance à la chaleur sans choisir trop haut, car cela peut augmenter les coûts ;
Utiliser de préférence des plastiques généraux modifiés. Les plastiques résistants à la chaleur appartiennent pour la plupart à des plastiques spéciaux, qui sont chers ; les plastiques généraux sont relativement moins chers ;
Utiliser de préférence des plastiques généraux avec une grande marge de modification de la résistance à la chaleur.
Considérer les facteurs environnementaux de résistance à la chaleur :
Résistance à la chaleur instantanée et à long terme ;
Résistance à la chaleur sèche et humide ;
Résistance à la corrosion des milieux ;
Résistance à la chaleur à l'oxygène et sans oxygène ;
Résistance à la chaleur chargée et non chargée.
Modification de la résistance à la chaleur des plastiques :
Modification de la résistance à la chaleur remplie :
La plupart des charges minérales inorganiques, à l'exception des matières organiques, peuvent améliorer considérablement la température de résistance à la chaleur des plastiques. Les charges résistantes à la chaleur courantes comprennent : le carbonate de calcium, le talc, la silice, le mica, l'argile calcinée, l'alumine et l'amiante. Plus la taille des particules de la charge est petite, meilleur est l'effet de modification.
Nano-charges :
PA6 rempli de 5 % de montmorillonite nano, la température de fléchissement thermique peut être augmentée de 70°C à 150°C ;
PA6 rempli de 10 % de sépiolite nano, la température de fléchissement thermique peut être augmentée de 70°C à 160°C ;
PA6 rempli de 5 % de mica synthétique, la température de fléchissement thermique peut être augmentée de 70°C à 145°C.
Charges conventionnelles :
PBT rempli de 30 % de talc, la température de fléchissement thermique peut être augmentée de 55°C à 150°C ;
PBT rempli de 30 % de mica, la température de fléchissement thermique peut être augmentée de 55°C à 162°C.
Modification de la résistance à la chaleur renforcée :
L'amélioration de la résistance à la chaleur des plastiques par modification de renforcement est encore plus efficace que le remplissage. Les fibres résistantes à la chaleur courantes comprennent principalement : la fibre d'amiante, la fibre de verre, la fibre de carbone, les barbes et le poly.
Résine cristalline renforcée avec 30 % de fibre de verre pour la modification de la résistance à la chaleur :
La température de fléchissement thermique du PBT est augmentée de 66°C à 210°C ;
La température de fléchissement thermique du PET est augmentée de 98°C à 238°C ;
La température de fléchissement thermique du PP est augmentée de 102°C à 149°C ;
La température de fléchissement thermique du HDPE est augmentée de 49°C à 127°C ;
La température de fléchissement thermique du PA6 est augmentée de 70°C à 215°C ;
La température de fléchissement thermique du PA66 est augmentée de 71°C à 255°C ;
La température de fléchissement thermique du POM est augmentée de 110°C à 163°C ;
La température de fléchissement thermique du PEEK est augmentée de 230°C à 310°C.
Résine amorphe renforcée avec 30 % de fibre de verre pour la modification de la résistance à la chaleur :
La température de fléchissement thermique du PS est augmentée de 93°C à 104°C ;
La température de fléchissement thermique du PC est augmentée de 132°C à 143°C ;
La température de fléchissement thermique de l'AS est augmentée de 90°C à 105°C ;
La température de fléchissement thermique de l'ABS est augmentée de 83°C à 110°C ;
La température de fléchissement thermique du PSF est augmentée de 174°C à 182°C ;
La température de fléchissement thermique du MPPO est augmentée de 130°C à 155°C.
Modification de la résistance à la chaleur par mélange de plastiques
Le mélange de plastiques pour améliorer la résistance à la chaleur implique d'incorporer des résines à haute résistance à la chaleur dans des résines à faible résistance à la chaleur, augmentant ainsi leur résistance à la chaleur. Bien que l'amélioration de la résistance à la chaleur ne soit pas aussi importante que celle obtenue en ajoutant des modificateurs de résistance à la chaleur, l'avantage est qu'elle n'affecte pas de manière significative les propriétés d'origine du matériau tout en améliorant la résistance à la chaleur.
ABS/PC : La température de fléchissement thermique peut être augmentée de 93°C à 125°C ;
ABS/PSF (20 %) : La température de fléchissement thermique peut atteindre 115°C ;
HDPE/PC (20 %) : Le point de ramollissement Vicat peut être augmenté de 124°C à 146°C ;
PP/CaCo3/EP : La température de fléchissement thermique peut être augmentée de 102°C à 150°C.
Modification de la résistance à la chaleur par réticulation des plastiques
La réticulation des plastiques pour améliorer la résistance à la chaleur est couramment utilisée dans les tuyaux et câbles résistants à la chaleur.
HDPE : Après traitement de réticulation au silane, sa température de fléchissement thermique peut être augmentée de 70°C d'origine à 90-110°C ;
PVC : Après réticulation, sa température de fléchissement thermique peut être augmentée de 65°C d'origine à 105°C.
Sélection spécifique des plastiques transparents
I. Matériaux transparents à usage quotidien :
Film transparent : L'emballage utilise PE, PP, PS, PVC et PET, etc., les utilisations agricoles PE, PVC et PET, etc. ;
Feuilles et panneaux transparents : Utiliser PP, PVC, PET, PMMA et PC, etc. ;
Tubes transparents : Utiliser PVC, PA, etc. ;
Bouteilles transparentes : Utiliser PVC, PET, PP, PS et PC, etc.
II. Matériaux pour équipements d'éclairage :
Principalement utilisés comme abat-jours, couramment utilisés PS, PS modifié, AS, PMMA et PC.
III. Matériaux pour instruments optiques :
Corps de lentilles durs : Utiliser principalement CR-39 et J.D ;
Lentilles de contact : Utiliser couramment HEMA.
IV. Matériaux de type verre :
Verre automobile : Utiliser couramment PMMA et PC ;
Verre architectural : Utiliser couramment PVF et PET.
V. Matériaux pour l'énergie solaire :
Couramment utilisés PMMA, PC, GF-UP, FEP, PVF et SI, etc.
VI. Matériaux pour fibres optiques :
La couche centrale utilise PMMA ou PC, et la couche de gainage est un polymère fluoro-oléfinique, de type méthacrylate de méthyle fluoré.
VII. Matériaux CD :
Couramment utilisés PC et PMMA.
VIII. Matériaux d'encapsulation transparents :
PMMA durci en surface, FEP, EVA, EMA, PVB, etc.
Sélection spécifique des matériaux pour différents usages de boîtiers
Boîtiers de télévision :
Petite taille : PP modifié ;
Taille moyenne : PP modifié, HIPS, ABS et alliages PVC/ABS ;
Grande taille : ABS.
Revêtements de porte et revêtements intérieurs de réfrigérateur :
Utiliser couramment des panneaux HIPS, des panneaux ABS et des panneaux composites HIPS/ABS ;
Actuellement, l'ABS est le matériau principal, seuls les réfrigérateurs Haier utilisent du HIPS modifié.
Machines à laver :
Les seaux et couvercles intérieurs utilisent principalement du PP, une petite quantité utilise des alliages PVC/ABS.
Climatiseurs :
Utiliser de l'ABS renforcé, de l'AS, du PP.
Ventilateurs électriques :
Utiliser ABS, AS, GPPS.
Aspirateurs :
Utiliser ABS, HIPS, PP modifié.
Fer à repasser :
Non résistant à la chaleur : PP modifié ;
Résistant à la chaleur : ABS, PC, PA, PBT, etc.
Fours à micro-ondes et cuiseurs à riz :
Non résistant à la chaleur : PP modifié et ABS ;
Résistant à la chaleur : PES, PEEK, PPS, LCP, etc.
Radios, magnétophones, magnétoscopes :
Utiliser ABS, HIPS, etc.
Téléphones :
Utiliser ABS, HIPS, PP modifié, PVC/ABS, etc.
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