Plastiques courants résistants aux chocs.
Vous recherchez des thermoplastiques qui peuvent supporter des chocs importants sans se casser ? Voici cinq polymères résistants à l’impact qui peuvent convenir pour votre prochain projet.
Robuste. Incassable. Capable de résister aux perforations et aux fissures en cas de choc. C’est ainsi que certains décrivent les plastiques résistants aux impact. Toutefois, comme vous allez le constater, ce terme est plus complexe. Le simple fait qu’un morceau de chewing-gum ne se casse pas si on le frappe à coup de marteau n’implique pas qu’il soit résistant à l’impact. D’ailleurs, placez ce même chewing-gum dans le congélateur pendant un moment, puis assénez-lui un coup de marteau. Il se brisera en mille éclats.
Ce même phénomène de « rendu cassant par le froid » est commun à de nombreux polymères : si votre poubelle en polypropylène (PP) vous échappe et heurte le sol en plein hiver, vous devrez sans doute en racheter une neuve. D’autres plastiques tels que le polyétheréthercétone (PEEK) peuvent encaisser les chocs à presque n’importe quelle température, tandis que d’autres (un grand nombre, en fait) deviennent cassants lorsqu’ils sont exposés aux rayons UV. Un bon exemple est le polyoxyméthylène (POM), également connu sous le nom d’acétal, qui est très résistant, mais perd toute force s’il reste exposé trop longtemps au soleil. Il en va de même pour l’un des polymères les plus résistants à l’impact, le polycarbonate (PC).
Comment identifier les plastiques résistants à l’impact
Du fait de ces variables, il est très important de bien évaluer toutes les options de matière avant de lancer un projet, et de choisir parmi celles qui seront compatibles avec l’environnement dans lequel le produit est censé évoluer. L’un des points de départ peut être la fiche technique des fabricants de plastique. Vous y trouverez des termes tels que « résistance aux chocs Izod », « Impact Gardner » et « Instrumented Dart Impact ». Chacun d’eux est défini sous différentes normes ASTM et ISO (le test d’impact Charpy ISO 179 par exemple, ou l’impact multiaxial ASTM D3763), et essaye de définir comment les matières réagissent sous l’impact.
La base de chacune de ces méthodes consiste à utiliser des conditions contrôlées et à heurter une matière donnée pour observer comment elle résiste à l’impact. Le test Izod utilise un pendule en rotation descendante qui vient au contact d’un support qui frappe le plastique. Le test Gardner utilise un poids qui chute directement sur un objet rond, qui ressemble à une fléchette, posé sur la matière. Le poids et la hauteur nécessaires à provoquer des dégâts fournissent la résistance à l’impact. Plus la force d’impact nécessaire à briser le plastique est grande, plus sa résistance à l’impact est élevée.
Compte tenu des différentes normes, votre service d’ingénierie doit déterminer lesquelles seront utilisées lors de la conception du produit, pour pouvoir comparer ce qui est comparable. Malheureusement, la grande diversité des normes peut être déroutante, chacune d’entre elles se référant à des méthodes de test différentes et à des moyens de préparation des échantillons de test différents. Les statistiques fournies dans les fiches techniques sont très variables, et s’y ajoute l’éternel problème des unités de mesure métriques ou impériales. Certaines fiches techniques ne proposent pas de valeurs de test d’impact mais fournissent des valeurs de résistance en traction, de résistance à la flexion, de limite d’élasticité et de dureté. Cet ensemble de valeurs donne au moins un aperçu de la résistance de la matière. Souvenez-vous toutefois que résistance et robustesse sont souvent contradictoires : plus de résistance est souvent synonyme de plus grande fragilité, l’exact opposé de la résistance à l’impact.
La résistance ou la robustesse d’un polymère est essentiellement due à sa température de transition vitreuse (Tg) et au fait que le plastique soit amorphe ou semi-cristallin. Nous ne nous attarderons pas sur ce sujet important dans cet article, mais nous avons un autre conseil de conception qui l’explique. Lisez-le si vous avez besoin de plus de détails.
De plus, presque toutes les propriétés matérielles varient d’un fabricant à l’autre, et selon que la matière est prévue pour l’usinage CNC, le moulage par injection plastique ou l’impression 3D.
C’est à l’œuvre que l’on reconnait l’artiste
Alors, quelle est la bonne réponse ? Il y en a plusieurs, en fait. Si votre entreprise a investi dans un logiciel d’analyse des éléments finis (FEA), félicitations. Un tel logiciel vous permet de télécharger différentes matières et leurs propriétés, de sélectionner des variables tels que la température et la charge, puis de frapper des pièces virtuelles avec des marteaux virtuels pour observer leur réponse. Mais même sans un logiciel d’ingénierie haut de gamme, SOLIDWORKS, Fusion 360 et d’autres solutions CAO populaires offrent des capacités FEA d’origine ou sous forme d’options à un coût raisonnable.
5 matières courantes résistantes à l’impact
Voici donc les « cinq matières résistantes à l’impact » dont nous avions parlé : Cette liste n’est en aucun cas exhaustive, et comme nous l’avons souligné, la robustesse dépend de nombreux facteurs, l’un des principaux étant la géométrie de la pièce. Nous y reviendrons plus en détail à la fin de l’article.
1. ABS
Contrairement à la plupart des polymères amorphes, l’acrylonitrile butadiène styrène (ABS) est opaque. Il est également très robuste et résistant à l’impact, même à basse température. Le tableau de bord de votre voiture est sans doute fabriqué en ABS, de même que les 9 036 blocs de Lego composant la réplique du Colisée de Rome à laquelle vous avez consacré vos trois derniers week-ends. L’ABS est à la fois dur et rigide, électriquement isolant, parfaitement adapté au moulage et peut être recyclé à l’infini. Toutefois, il résiste mal aux solvants et aux expositions prolongées au soleil, et n’est pas recommandé pour les applications nécessitant une grande résistance à l’usure. Comme la matière suivante, nous utilisons l’ABS et les simili-ABS pour l’usinage, l’impression 3D et le moulage par injection.
2. PC
C’est la matière utilisée pour les vitres à l’épreuve des balles, le polycarbonate (PC) est donc un champion de la résistance à l’impact. Il est au yin ce que la dureté et la résistance aux rayures de l’acrylique sont au yang. Le PC résiste à des stérilisations répétées en autoclave, et est de ce fait largement utilisé dans des applications médicales. Il est également résistant à la chaleur, aux flammes et aux rayons UV après traitement approprié, ce qui en fait la matière de choix pour une multitude d’usages, des serres aux verres de sécurité, des lentilles de phares aux boucliers anti-émeutes. Veuillez toutefois noter que le PC est l’un des polymères d’ingénierie les plus couteux, et qu’il doit être recouvert d’un enduit anti-rayures si la transparence optique est requise.
3. HDPE
Certains fabricants affirment que le polyéthylène haute densité (HDPE) est non seulement le plus polyvalent des plastiques, mais aussi le plus largement utilisé. Ils ont probablement raison. Le HDPE est disponible sous forme rigide ou souple, et il est très léger tout en étant résistant. Dans l’industrie automobile, il est utilisé pour fabriquer les réservoirs d’essence, dans l’industrie laitière, il se transforme en bouteilles de lait, tandis que les fabricants de mobilier d’extérieur l’utilisent pour fabriquer, justement, du mobilier d’extérieur. Chacune de ces applications nécessite une bonne résistance à l’impact, et le HDPE assure, même s’il est exposé au rayonnement solaire ou aux produits chimiques.
4. Copolymère impact PP
Il a non seulement une très haute résistance à l’impact mais également une excellente stabilité thermique. Le 500-GA20 est un copolymère impact à haut taux d’écoulement en fusion destiné au moulage par injection. Les applications comprennent les articles ménagers, les conteneurs, les batteries de voiture, les jouets, les composés et les produits de consommation. Il faut souligner que cette matière est plus appropriée à des utilisations dans un environnement sec et sans poussière, à des températures inférieures à 50 °C et que son exposition au soleil est déconseillée.
5. PTFE
Cette dernière va peut-être vous surprendre. Le PTFE, également connu sous les noms de polytétrafluoroéthylène ou Teflon est doux et spongieux mais incroyablement résistant. Sa résistance à l’impact est supérieure à celle du PEEK et de la plupart des polycarbonates, et équivalente à celle du HDPE. Il offre également un très faible coefficient de friction, juste derrière le carbone simili-diamant (DLC) et la céramique ultra-dure en borure d’aluminium-magnésium. Si vous recherchez des pièces en Teflon pour du moulage par injection ou pour de l'impression 3D, passez votre chemin : du fait de son point de fusion extrêmement élevé à 327 °C (621 °F), le PTFE est usinable, mais c’est à peu près tout ce que l’on peut espérer. Veuillez également noter qu’il a tendance à se déformer sous pression, il doit donc être mécaniquement contraint lorsqu’il est utilisé pour fabriquer des joints, des roulements ou dans d’autres applications porteuses.
Il y en a d’autres tels que le polyphénylsulfone (PPSU), le PEEK, le TPE ou thermoplastique élastomère, et même certains nylons et acétals. Une fois de plus, la résistance à l’impact est souvent corrélée à la température de l’application et est compensée par la résistance à la traction, aux UV et par d’autres facteurs. N’hésitez pas à produire quelques échantillons et à les comparer entre eux avant de vous décider pour une matière ou une autre.
Avant de conclure, il faut souligner un dernier point, qui est peut-être le plus important de tous : le rôle de la conception du produit dans la résistance à l’impact. Par exemple :
- Les encoches et les angles aigus augmentent le risque de cassure de la pièce sous pression, tandis que les angles arrondis favorisent la durabilité des pièces.
- Si vous utilisez des nervures de renfort, placez-les dans des endroits de compression plutôt que de forces de tension. De même, les lignes de soudure devraient idéalement être placées là où les forces d’impact potentiel sont les plus faibles.
- Cela peut sembler contre-intuitif pour un ingénieur, mais essayez d’éviter les conceptions de produit trop raides et trop rigides : une pièce qui peut fléchir légèrement sous la pression à moins de risques de casser.
Enfin, n’hésitez pas à nous faire part de vos doutes pendant la phase de devis. Nous avons plusieurs décennies d’expérience de fabrication et nous sommes à votre disposition pour vous aider à trouver la matière et la conception appropriées pour vous garantir le succès.