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Guide de sélection des matériaux

Les plastiques sont utilisés de plus en plus pour remplacer d’autres matériaux comme le bronze, l’acier inoxydable, l’aluminium et la céramique. Voici les raisons les plus populaires pour passer aux plastiques :

  • Longue durée de vie de la pièce
  • Elimination de la lubrification
  • Réduction de l’usure des pièces d’appui
  • Augmentation de la vitesse de production/de ligne (rendement/productivité)
  • Réduction de la puissance nécessaire au fonctionnement de l’équipement
  • Inertie et résistance à la corrosion
  • Réduction du poids

Etant donné le grand nombre de matériaux plastiques disponibles aujourd’hui, choisir le meilleur d’entre eux peut s’avérer intimidant. Voici des lignes directrices pour accompagner ceux qui sont moins familiers avec ces plastiques.

Déterminez si le composant est utilisé dans une:

  • Application d’appui & d’usure (par ex. palier ou pièce de contact en mouvement) OU
  • Application structurelle (statique ou dynamique)

La fonction du composant déterminée vous guidera vers un groupe de matériaux. Par exemple, les matériaux cristallins (comme le nylon, l’acétal) surpassent les matériaux amorphes (comme le polysulfone Duratron®  PEI ou le polycarbonate) dans les applications de guidage et d’usure. Vous pouvez toujours réduire votre choix parmi les groupes de matériaux en connaissant quels additifs conviennent le mieux à votre application.

Les propriétés de tenue à l’usure sont accrues par l’ajout de MoS2, de graphite, de fibres de carbone et des lubrifiants polymères (comme le PTFE, les cires).

Les propriétés structurelles sont améliorées par le renforcement de fibres telles que les fibres de verre ou de carbone.

Après avoir déterminé la nature de l’application (usure ou structurelle), vous pouvez réduire le choix du matériau en déterminant les exigences des propriétés mécaniques de l’application. Pour les applications d’usure et d’appui, le premier élément à considérer est la performance d’usure exprimée en facteur PV et facteur « k ». Calculez le facteur PV (pression (psi) x vitesse (m/min) requis en utilisant la figure 1, sélectionnez les matériaux dont les facteurs PV sont supérieurs au facteur PV que vous avez calculé pour votre application. Une sélection supplémentaire peut être faite en notant le facteur d’usure « k » de vos matériaux choisis. En général, plus le facteur « k » est faible, plus longue sera la durée d’utilisation du matériau.

Les composants structuraux sont communément conçus pour un maximum de contraintes opérées en continu, correspondant à 25% de leur résistance à la traction à une température déterminée. Cette ligne directrice est prévue pour compenser le comportement viscoélastique des plastiques qui résulte en fluage. Les courbes isométriques contrainte-temps sont fournies ici pour vous aider à caractériser le comportement de résistance du matériau en fonction du temps à température ambiante (figure 2) et à 150 °C (300 °F) (figure 3).

Considérez les exigences thermiques de votre application en vous basant sur les conditions habituelles et les conditions extrêmes de fonctionnement.

La résistance thermique d’un matériau est caractérisée par ces deux aspects: la température de fléchissement sous charge (HDT) et la température continue de service. La HDT est une indication de la température de ramollissement d’un matériau et elle est acceptée généralement comme une limite maximum de température pour des composants non contraints soumis à un stress interne modéré à élevé. La température de service est considérée généralement comme la température, à partir de laquelle une dégradation permanente de propriétés physiques a lieu après une exposition de longue durée. Cette ligne directrice doit être distinguée du fonctionnement continu ou des températures d’utilisation considérées par les agences de régulation telles que les Underwriters Laboratories UL.

Le point de fusion des matériaux cristallins et la température de transition vitreuse des matériaux amorphes sont les limites de température à court terme au dessous desquelles la stabilité en forme est maintenue. Il est recommandé de ne pas utiliser la plupart des plastiques techniques à ces températures ou au-delà de celles-ci, car les polymères perdent la plupart de leurs caractéristiques mécaniques à ces températures.

Considérez l’exposition chimique pendant l’utilisation et le nettoyage.

Quadrant fournit dans cette brochure des informations sur la compatibilité chimique comme une ligne directrice, bien que toute précision sur la tenue soit difficile car la concentration et la température du réactif chimique, le temps d’exposition et le niveau de contrainte des pièces plastiques, jouent un rôle majeur pour définir l’aptitude à l’emploi.

Ertalon/Nylatron, Ertacétal et Ertalyte® conviennent généralement dans de nombreux environnements industriels. Les matériaux semi-cristallins hautement performants tels que Fluorosint®, Techtron® PPS et Ketron™ PEEK conviennent mieux pour les environnements chimiques agressifs (voir figure 5). Nous vous recommandons toutefois fortement d’effectuer des tests dans les conditions d’utilisation finale. Pour la résistance chimique spécifique, consultez le tableau de comparaison des propriétés suivant.

Avant de passer aux étapes 5 à 7, il est sans doute approprié de considérer des caractéristiques complémentaires des matériaux :

  • Résistance/résilience relative aux chocs
  • Stabilité dimensionnelle
  • Conformité aux règlementations

Les matériaux ayant un allongement à la rupture et une résistance aux chocs sont généralement plus tenaces et moins sensibles à l’entaille pour les applications nécessitant une tenue aux chocs (voir tableau 1).

Comparaison des propriétés mécaniques
 Résistance à la traction
psi
Résistance à la compression
psi
Module de flexion
psi

Allonge-

ment
%

Choc Izod
(temp. pièce 23°C (73°F))
Absorption d'eau
(24h dans un environment humide)
Nylatron® NSM Nylon11,00014,000475,000200.50.25
Acetron® GP Acetal9,50015,000400,000301.00.2
Ertalyte® PET-P12,40015,000490,000200.50.07
Quadrant PPSU11,00013,400345,000302.50.37
Duratron® U1000 PEI16,50022,000500,000800.50.25
Duratron® U2300 PEI17,00032,000900,00031.00.18
Fluorosint®500 PEI1,1004,000500,000100.90.10
Techtron® PPS13,50021,500575,000150.60.01
40% GF Ryton* PPS13,00024,0001,000,00021.00.02
Ketron® 1000 PEEK16,00020,000600,000201.00.10
Ketron GF30 PEEK18,00026,0001,000,00031.40.10
Duratron® T4203 PAI18,00030,000600,00052.00.33
Duratron® T4301 PAI12,00024,0001,000,00030.80.28
Duratron® T5530 PAI14,00027,000900,00030.70.30
Duratron® PI13,50019,000530,00030.60.62
Duratron®  PBI23,00050,000950,00030.50.40

TABLE 1

Les plastiques techniques peuvent se dilater et se contracter avec les changements de températures 10 à 15 fois plus que de nombreux métaux, y compris l’acier. Le coefficient de dilatation thermique linéaire (CLTE) est utilisé pour estimer le taux de dilatation des plastiques techniques. Le CLTE est considéré en même temps comme fonction de température et comme une valeur moyenne. La figure 6 montre la réaction différente à l’augmentation de température de nombreux plastiques techniques.

Le module d’élasticité et l’absorption d’eau contribuent également à la stabilité dimensionnelle du matériau. Assurez-vous de considérer les effets de l’humidité et de la vapeur.

Des agences telles que la Food and Drug Administration (FDA), l’U.S. Department of Agriculture (USDA), le Underwriters Laboratory (UL), la 3A-Diary Association et l’American Bureau of Shipping (ABS) approuvent ou fixent communément des directives spécifiques pour l’utilisation de matériaux dans le cadre de leurs segments industriels.

Sélectionnez, pour votre pièce, le demi-produit ayant le meilleur rapport coût-performance.

Quadrant propose aux designers la plus grande disponibilité en dimensions et en forme de demi-produits. Assurez-vous de rechercher toutes les possibilités de demi-produits. Vous pouvez réduire vos coûts de fabrication en obtenant la forme la plus adaptée à l’obtention de votre pièce finie.

Considérez les nombreuses alternatives de transformation de Quadrant.

Pour:Choose:

Grandes longueurs
Petits diamètres


Barre ronde, plaque, bande,
profilés, barre tubulaire, manchon

Extrusion

Grands demi-produits
Produits proches de leurs dimensions finales

Barre ronde, plaque, barre tubulaire,
configurations proches de leurs dimensions finales

Coulage

Petits produits dans des matériaux techniques avancés

Barre ronde, disque, plaque, barre tubulaire

Moulage par
compression
Petits produits dans des matériaux techniques avancés
Petits diamètres

Barre ronde, disque, plaque, barre tubulaire
Moulage par
injection


Remarque:
D’une transformation à l’autre, de nombreux choix de matériaux restent les mêmes. Il existe, toutefois, des différences de propriétés physiques basées sur la technique de transformation utilisée pour fabriquer le produit.  Par exemple:

  • Les pièces moulées par injection présentent une anisotropie plus grande (les propriétés sont dépendantes de la direction considérée).
  • Les produits extrudés présentent un comportement légèrement anisotrope.
  • Les produits moulés par compression sont isotropes. Ils présentent des propriétés identiques dans toutes les directions.

Déterminez l’usinabilité de votre sélection de matériaux.

L’usinabilité peut être aussi un critère de sélection du matériau. Tous les produits Quadrant mentionnés dans ce site sont à contrainte interne réduite (process de fabrication, stabilisation) pour une usinabilité améliorée. En général, les nuances renforcées par de la fibre de verre ou de carbone sont considérées plus abrasives sur les outils et sont plus sensibles à l’entaille pendant l’usinage que des nuances vierges. Les nuances renforcées sont communément plus stables pendant l’usinage.

En raison de leur extrême dureté, la fabrication des matériaux « imidized » (par ex. le Duratron® PAI, le Duratron® PI et le Duratron® PBI) peut relever du challenge. Il est recommandé d’utiliser des outils diamants poly-cristallins et carbures pendant l’usinage de ces matériaux. Pour vous aider à évaluer l’usinabilité, vous trouverez un classement relatif pour chaque matériau dans les diagrammes de comparaison des propriétés.

Assurez-vous de recevoir la matière que vous spécifiez.

Les propriétés énumérées dans les listes de ce site concernent uniquement les matériaux de Quadrant EPP. Assurez-vous de ne pas approvisionner un produit de qualité inférieure. Demandez les certificats de conformité matière au moment de la commande.

Remarque technique:

Tous les matériaux ont des limites intrinsèques qui doivent être considérées au moment du design des pièces. Pour une meilleure compréhension de ces limites, chaque matériau présenté sur ce site a une section « Remarque technique » pour clarifier ces valeurs.

Nous espérons que notre implication concernant les résistances et les faiblesses des matériaux simplifiera votre processus de sélection. Pour obtenir des informations complémentaires, veuillez contacter le département du service technique de Quadrant EPP.