Tests mécaniques - PEP centre technique de la … · réticulé par réaction avec l’humidité. Pour un polypropylène, la réticulation ... Thomas DUVAL, Doctorant au Centre des

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<< RÉSUMÉ DES CONFÉRENCES

1. Le positionnement des polymères dehaute performance

Ronald HOPP, Dirigeant, EXPERT BUSI-NESS DEVELOPMENTExpert Business Development est uneentreprise de prestation de services enconseil, en accompagnement de dévelop-pement de produits et en relations marke-ting entre la France et l’Allemagne.

Monsieur Hopp, dirigeant de l’entreprise etexpert sur la gamme des matières trèstechniques a positionné,en introduction de

INNOVATIONS ET NOUVELLESAPPLICATIONS DES PLASTIQUES

DOMINIQUE APPERT, Centre de Formation de la Plasturgie // Une manifestation Innov’Day sur le thème desPlastiques Très Techniques, organisée par le Centre de Formation de la Plasturgie, s’est dérouléele 19 juin 2012 à Dijon. Les plastiques très techniques regroupent un éventail de matériaux qu’iln’est pas toujours simple de positionner en termes de performances et de spécificités. La mani-festation a permis de mieux connaître cette catégorie de matériaux et de découvrir par le biaisdes 11 communications de conférenciers les innovations et nouvelles applications des plastiquestrès techniques. Près de 100 personnes étaient présentes à cette manifestation.

TRÈS TECHNIQUES

Pièce pour l’aéronautique en polyamide aromatique – source BASF

Tests mécaniques - PEP centre technique de la Plasturgie / Rilsan® polyamides 11 et 12 - Arkema

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j o u r n é e ,l’ensemblede ces

matières par rapport aux spécificités dechacune : PA46, PPA, PPS, PAEK, PES, PEI,PPSU, PI, LCP. Celles-ci sont choisies pourrépondre à des exigences de tenue à hautetempérature (150°C à 260°C en continu)pour des applications de l’automobile, del’aéronautique, pour des moteurs ther-miques ou pour d’autres secteurs de l’in-dustrie. Mais ces matières sont égalementchoisies pour leurs propriétés spécifiques,par exemple :

- le comportement au feu des PEI et PEEKpour l’aéronautique et le militaire,- la biocompatibilité des PEEK, PPSU, PESPEI pour les secteurs du médical et del’alimentaire,- la facilité de mise en œuvre (colorabilité,haute fluidité) des PA46, LCP, PPS, PEEK,- la résistance à l’usure des PA46, PEEK,PPA, PAI pour des pièces de frottement,- la tenue aux sollicitations mécaniquesdes PA46, PEEK, PPA.

2.Repousser les limites d’utilisation d’unpolymère de commodité par la réticulation

Henri SAUTEL, General Manager, SETUPPerformanceSETUP Performance est une entreprise quiconçoit des matières plastiques et des for-mulations par le procédé d’extrusion réac-tive. Le procédé permet, par polymérisa-tion, greffage ou compoundage demolécules, de doper des polymères, decréer des fonctions nouvelles, de valoriserdes matières issues du recyclage, dedévelopper des polymères biosourcés,…Le savoir-faire de Setup Performance sesitue aussi dans la prise en compte sur lemarché du positionnement technique etéconomique des matières développées etdans le transfert vers les applications.

Les matières plastiques « hautes perfor-mances » sont obtenues à partir d’unechimie de spécialité qui rend ces maté-

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Graphique : positionnement des matériaux polymères sur une échelle coût /performance


riaux plus onéreux que les matières ditesde commodité, ces dernières n’étant tou-tefois pas capables de résister à des tem-pératures d’utilisation élevées.

D’où l’intérêt de la réticulation desmatières de commodité permettant à faiblecoût de booster les propriétés thermiqueset chimiques du matériau tout en conser-vant sa capacité à être transformé commeun thermoplastique pour fabriquer desproduits finis en grande série.

Le principe de l’extrusion réactive consistepour des polymères peu polaires à créerdes radicaux libres sur les chaînes pourgreffer ensuite des alcoxy-silanes.

Pour les polymères polaires, on se sert desfonctions de type alcool ou amine pourgreffer un isocyanate ou un époxy-silane.Lepolymère greffé est un thermoplastique semettant en œuvre de manière classique.C’est après la mise en œuvre que la struc-ture des pièces va évoluer en un réseauréticulé par réaction avec l’humidité.

Pour un polypropylène, la réticulationréduit le fluage et améliore les propriétésmécaniques et thermiques : +50% pour lemodule de flexion, +40% pour la contrainteau seuil, +75% pour la tenue au choc, +25%pour la température de fléchissement souscharge.Dans le cas d’un polyuréthanne, laréticulation améliore nettement la tenueaux huiles, et permet une résistance entempérature en continu à 125°C voire150°C et une résistance en pointe à 200°C.La réticulation par le procédé d’extrusionréactive ne concerne pas seulement lespolymères de commodité, mais s’appliqueaussi à de nombreux matériaux tels queles PPS, PEEK, LCP…

3. Les polyaryléthercétones PAEK : perfor-mances et facilité de mise en œuvre auservice de l’innovation et des gains deproductivité

Laure GAUTHIER, Market Development &Technical Support Manager France, VICTREXL’activité de la société Victrex est exclusi-vement dédiée au développement, à la pro-

duction et à la vente des polyaryléthercé-tones (PAEK). L’entreprise est leader sur cemarché avec plus de 30 ans d’expériencede production et vente de polymère PEEK.

Le PAEK est une famille de thermoplas-tiques semi-cristallins à haute stabilitéthermique et résistance mécanique quicomprend en particulier le PEEK, le PEK, lePEKEKK. Les PolyArylÉtherCétones nesont pas uniquement cantonnés aux appli-cations hautes températures. Dans la plu-part des applications, c’est la combinaisond’au moins 3 des propriétés suivantes qui

justifie et rend incontournable l’utilisationd’un polymère PAEK :- Point de fusion jusqu’à 387°C,- Maintien des performances après 5000heures à 150°C,- Module et résistance spécifique élevés,- Résistance à la fatigue exceptionnelle,- Excellente résistance à l’usure et faiblecoefficient de frottement,- Stabilité des propriétés électriques,- Résistance au feu, faibles fumées et toxi-cité,- Faible reprise d’humidité, pas de gonfle-ment ou hydrolyse,

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Poly(EtherEther Ketone)Point de fusion = 343°C

Transition vitreuse Tg = 143°C

Poly(Ether Ketone)Point de fusion = 373°C

Transition vitreuse Tg =152°C

Poly(Ether KetoneEtherKetoneKetone)

Point de fusion = 387°CTransition vitreuse Tg = 162°C

Pièces en PAEK pour le marché électrique/électronique – Source VP PLAST


- Excellente tenue chimique,- Grande pureté – alimentaire- Recyclable – conformité RoHS- Facilité de mise en œuvre et liberté deconception.

Les PAEK se transforment sur des équipe-ments et avec des procédés de transfor-mation thermoplastiques conventionnelspar moulage, extrusion, thermoformage ouusinage. Ils couvrent des applications quivont de la petite à la très grande série. En remplacement du métal, les PAEK per-mettent : - de réduire les pertes d’énergie dues auxfrottements, au poids des pièces, - de réduire les encombrements et lesassemblages, - d’améliorer la durée de vie, la fiabilité etle rendement des composants,- d’optimiser la conception et les perfor-mances des produits.

4. PEKK, un thermoplastique haute perfor-manceultra polyvalent de la famille PAEK

Jérôme PASCAL, Responsable Technique /Développement PEKK, ARKEMA CERDATOLa Société Arkema est un acteur mondial dela chimie de spécialité dont l’activité serépartit en 3 domaines : les revêtements, lesspécialités industrielles (PMMA, fluorés, …)et les produits de performance (polymèrestechniques, …). Arkema étend aujourd’huisa gamme de polymères de performance eninvestissant dans une filière chimique com-plètement nouvelle : le PEKK, avec l’ambi-tion d’amener ce matériau au meilleurniveau de maturité et de disponibilité.

Le PEKK est un thermoplastique de lafamille des PAEK qui présente deux carac-téristiques spécifiques :• une proportion de liaisons cétones élevée(2 pour 1 éther). Ceci est à l’origine des tem-pératures de fusion et de transition vitreuseélevées, et au bénéfice de propriétés méca-niques intéressantes (+10% en traction,+20% en compression vs PEEK).

• une incorporation de cétones en positionpara et méta qui donne accès à une famillede copolymères ouvrant des possibilitésapplicatives variées. Selon la proportiondes entités Isophtaloyles en supplémentdes Téréphtaloyles, on influence la cristal-linité et la température de fusion du maté-riau. On va donc distinguer :- la série amorphe : Tf 305°C, process à330°C, transparent, thermoformable- les séries cristallines : Tf 330 à 360°C,process de 350 à 385°C.

Le PEKK offre des possibilités dans unnombre étonnant de technologies thermo-plastiques :- Poudres : revêtements, rotomoulage, frit-tage, imprégnation de fibres, compression,- Extrusions : films, feuilles, tubes, fibres,barreaux, plaques, extrusion-compression,- Compoundage avec fibres ou charges,- Thermoformage, formage composite,- Moulage et surmoulage par injection,- Soudage, soudage laser, adhésion,- Etc.

5. Amélioration de la processabilité duPEEK pour application dans le secteuraéronautique

Thomas DUVAL, Doctorant au Centre desMatériaux de Grande Diffusion, ECOLEDES MINES D’ALESLe PEEK est un matériau incontournabledans les applications du secteur aéronau-tique mais il présente certaines limites enterme de processabilité : température demise en œuvre proche de la températurede dégradation du matériau.

Dans le cadre d’un programme derecherche, l’Ecole des Mines associée à 11partenaires ont cherché à élaborer un maté-riau qui réponde à un cahier des chargesspécifique du secteur de l’aéronautique.L’idée a été de travailler sur des mélanges depolymères, comme le mélange PEEK et LCP

(polymère à cristaux liquides). Les résultatsde l’étude montrent entre-autres que :- 5 à 20 % de LCP suffisent à donner auPEEK un gain de processabilité (diminutionde la viscosité).- cette diminution de viscosité s’expliquepar l’incompatibilité du mélange et par lamorphologie fibrillaire des LCP.- Mais les conditions de compoundagedoivent être adaptées de manière à optimi-ser la morphologie.- La présence de LCP ne semble pas agirnotablement sur le taux de cristallinité duPEEK, taux qui est garant des propriétésintrinsèques du PEEK.

Les concepts fondamentaux de l’étude ontété transférés à l’application industrielle.Même si les performances thermoméca-niques ne sont pas optimales du fait del’incompatibilité des constituants, ellesrestent suffisantes vis-à-vis du cahier descharges : approche compétitive basée surun triptyque coût / processabilité / perfor-mances.

6. Les PPS : situation du marché mondialet perspectives

Philippe MATRAY, Ventes & Marketing,DIC EuropeDIC est une entreprise japonaise de produitschimiques présente dans plus de 60 paysdans le Monde. L’activité de l’entreprises’étend sur plusieurs domaines comme lesencres, les résines synthétiques, les plas-tiques techniques,… La division DIC EP(Engineering Plastics) possède une activitéconcentrée essentiellement sur les poly-mères et les compounds de PPS.

Le PPS est caractérisé par une très bonnerésistance à la chaleur, un très bon com-portement au feu sans l’ajout de retarda-teurs de flamme, une excellente stabilitédimensionnelle, un faible retrait, une faiblereprise d’humidité, des propriétés méca-niques élevées (module et résistance), unfaible fluage et une résistance chimiqueproche de celle des PTFE.

Toutefois le PPS présente une faible tenueau choc, un faible allongement et une tem-

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pérature de transition vitreuse un peubasse.

Pour compenser les faiblesses du PPS,DIC a développé des grades spécifiquesde PPS :- PPS modifié élastomère pour améliorerle tenue au choc,- PPS chargé fibres de verre longues,- copolymères et alliages de PPS pourélever la température de transitionvitreuse,- PPS de grande pureté pour des applica-tions au contact alimentaire,- PPS thermo conducteurs pour des appli-cations dans le secteur électrique.

7. Nouvelles applications des PPA

Uwe KANNENGIESSER, HPP Key AccountManager, EVONIKEvonik est l'une des principales sociétésdans le monde, spécialisée dans les pro-duits chimiques, organisée en différentesentités dont :- Evonik Industries qui commercialise despolymères de haute performance tels que

les PA12, 612, 610, 1010, PA amorphe, PPA,PEEK, PI, PMMI et - EvonikDegussa qui fournit des films, desmousses, des fibres et des semi-produitsde PPS, PES, PMI et PPSU.

La présentation d’Evonik réalisée le 19 juins’est focalisée sur les Polyphtalamides (PPA),une famille de matière caractérisée par :- une tenue en température élevée (T° defusion de 290 °C à plus de 315 °C, Tg à 125 °C, HDT à plus de 120°C, …),- un rapport coût / performance attractif- une excellente résistance aux produitschimiques (fluides automobiles),- un haut niveau de résistance et de rigidité,- une très bonne stabilité dimensionnelle,- des propriétés mécaniques élevées etconstantes sur une large gamme de tem-pératures.

Sur cette base de matériaux haute perfor-mance, Evonik fait évoluer le PPA pourrépondre toujours mieux à des attentesspécifiques des marchés :- grades chargés à 50% et 60% de fibresde verre pour la substitution du métaldans des applications automobiles,

- grades compatibles avec les caout-choucs pour la réalisation par surmoulagede pièces bi-composants,- grades à comportement au feu améliorésans présence d’halogènes,- grades pour des applications dans lesLED : parois fines, couleur blanche, bril-lance,- grades spéciaux pour les besoins de laplastronique,- grades issus de sources renouvelables,…

8. Innovations pour des thermoplastiquesamorphes à haute tenue en température

Norberto ROBALO, Technical SupportEngineer Specialties, et Olivier PER-TOLDI, Sales Development Specialist,SABIC Innovative Plastics FranceSABIC est la deuxième société chimiqueau monde. Elle développe et produit enparticulier des matières plastiques depuisles polyoléfinesjusqu’aux matières hauteperformance, en passant par les matièrestechniques telles que des copolymèresstyréniques, des PBT, des PC…

Graphique : combinaison propriétés thermiques et reprise d’humidité – Source EVONIK


Dans la gamme des thermoplastiquesamorphes de haute tenue en température,SABIC Innovative Plastics a développé enparticulier 2 familles de produits : lescopolymères à base de polycarbonate etles polyimides thermoplastiques.

Concernant le polycarbonate Lexan XHThaute température, les performances dumatériau ont été obtenues grâce unetechnologie de copolymérisation. La tenueà haute température entre 140 et 185°Cest associée à d’autres avantages :matière esthétique d’une très bonnetransparence non altérée par lescontraintes thermiques, très bonne apti-tude au moulage même en parois minces,très bon comportement au feu, …

Ces caractéristiques font du Lexan XHTun matériau de choix pour les applicationsdans les dispositifs médicaux à usageunique et les applications électriques àhaute température d’utilisation (compo-

sants électriques, éclairage industriel,boi-tiers de réflecteurs, lampes de poche, …).

Concernant les polyimides thermoplas-tiques, 3 familles de matériaux dont unalliage PI /PEEK ont été développés par laSabic IP. Ces matériaux présentent dehautes caractéristiques de tenue en tempé-rature, de résistance mécanique ou de résis-tance chimique. Les applications viséesconcernent le domaine du transport (auto-mobile, aéronautique), les secteurs élec-triques, les semi-conducteurs, l’industrie, …Par exemples : réflecteurs de lampes,connecteurs, supports de LED, câbles,pièces d’isolation thermique et électrique.

9. La famille des polysulfones

Cécile GIBON, Ingénieur R&D Responsa-ble Polysulfones, BASF SEBASF est une compagnie de produits chi-miques structurée en différents segments

dont le segment « Plastiques » à l’intérieurduquel se situe la division « Polymères deperformance » : Polyamides, Plastiques despécialité, Mousses de polystyrène etPlastiques engineering.

Les polysulfones sont une famille dematière dont la température de transitionvitreuse se situe à 187°C pour le PSU,223°C pour le PPSU et 225°C pour le PESU.

Les 2 principaux secteurs d’applicationdes polysulfones sont :- Le sanitaire et le contact alimentaire enraison de la bonne tenue des polysulfonesaux traitements de stérilisation, de leur bio-compatibilité et leur homologation FDA.

- Les hautes températures et la substitu-tion du métal, compte tenu des résis-tances thermiques des polysulfones enutilisation permanente et de leurs stabili-tés dimensionnelle et chimique.

Dans cette famille des polysulfones, desgrades spécifiques ont été développéspour étendre encore le champ des appli-cations : grade haute viscosité pour l’ex-trusion et le filage, grade haute transpa-rence, grade pour des applications dansl’éclairage et l’électronique avec absorp-tion et dissipation de la chaleur, gradechargé 45% fibres de verre, grade pourdes pièces en frottement grâce à une tri-bologie optimisée.

10. Analyse et caractérisation des poly-mères de haute performance : soutien àl’innovation

Nicolas LONGIERAS, Dirigeant, PEAKEXPERTPeakexpert est un laboratoire d’analysesindépendant spécialisé dans les matériauxpolymères, les biopolymères et les additifs.

Comme vu dans les précédents exposés,les plastiques très techniques sont pardéfinition des matériaux résistants à deshautes températures, avec des propriétésmécaniques conservées à ces tempéra-tures élevées.

Ils sont résistants également aux produitschimiques, aux solvants et aux radiations.


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Polyéthersulfone – source BASF


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Les analyses chimiques de ces matériauxsont donc complexes.

Toutefois, le laboratoire Peakexpert pos-sède l’expertise de l’analyse des maté-riaux très techniques et peut réaliser :- la DSC - analyse calorimétrique différen-tielle,- la thermogravimétrie,- les analyses de charges, d’additifs, depigments, de catalyseurs par microscopieMEB-EDX, par fluorescence X, par analyseélémentaire de surface, par chromatogra-phie ionique, … - le calcul des masses molaires moyennespar chromatographie GPC-SEC,- l’étude de la structure chimique de lamatière par spectroscopie infrarouge, ensolution ou en masse,- la séparation des additifs par chromato-graphie HPLC,- etc.

Peakexpert a par exemple, mis au pointune méthode innovante de dissolution desPAEK à température ambiante pour pou-voir faire de la chromatographie GPC-SEC.

REMERCIEMENTSLes Innov’Days sont des journées tech-niques d’information et d’échange sur lesderniers développements concernant lesmatériaux et les procédés en plasturgie.Elles rassemblent 7 fois par an, desexperts, des dirigeants et ingénieurs d’en-treprises, des chercheurs, autour d’unethématique précise développée par 8 à 10conférenciers. Elles sont des sourcespuissantes d’inspiration et de contacts à ladisposition des entreprises de plasturgieet des donneurs d’ordre pour innover,créer de la valeur et progresser.

Le CFP remercie les conférenciers de l’In-nov’Day du 19 juin 2012 pour leur disponibi-lité et pour la qualité de leurs interven-tions, et remercie les partenaires de lamanifestation : le Conseil Régional deBourgogne, l’Aide de l’Etat et le FondsEuropéen.

Contacts Dominique AppertCentre de Formation de la PlasturgieR&[email protected]://www.innovdays-plasturgie.com

Graphique : chromatographie GPC-SEC – Documentation Peakexpert


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