Evaluation des options en matière plastique résistant aux UV
Voici une gamme de matières durables à prendre en compte pour garantir une résistance élevée aux UV dans les pièces en plastique.
Tout le monde sait qu'il faut s'enduire de crème solaire pour se prélasser sur la plage ou passer un samedi après-midi de détente à la pêche. En effet, les rayons ultraviolets (UV) émis par le soleil peuvent causer de gros problèmes sur une peau non protégée, et provoquer un coup de soleil douloureux, voire pire. Le rayonnement UV soumet les polymères à des dommages similaires, mais plus lentement et de façon beaucoup moins spectaculaire que les humains.
Par exemple, la lumière du soleil entraîne le jaunissement et le « farinage » ou blanchiment de la pièce fabriquée. Cette décoloration est toutefois bien plus qu'esthétique. La photodégradation peut également réduire la résistance à la traction et à l'impact, ce qui rend les plastiques cassants, susceptibles de se fissurer et de se déformer de façon permanente sous l'effet de forces mécaniques.
Si vous additionnez tout cela, vous comprendrez rapidement pourquoi il est impératif de choisir la bonne matière lors de la conception de produits moulés qui passeront beaucoup de temps à l'extérieur. Heureusement, il existe un grand nombre de matières résistantes aux UV, qui peuvent toutes être moulées par injection de plastique, usinées ou produites en fabrication additive. Et même pour les plastiques qui ne sont pas considérés comme résistants aux UV, il existe souvent des additifs qui contribuent à rendre la matière moins sujette à la photodégradation.
Voici donc, dans un ordre aléatoire, les sept polymères les plus résistants aux UV, ainsi que quelques exemples d'applications typiques.
Polycarbonate (PC)
Le polycarbonate (PC) est un polymère résistant aux UV qui peut aussi bien être imprimé en 3D, qu'usiné ou encore moulé par injection de plastique.
Les fournisseurs de matières plastiques ne manquent toutefois pas de souligner que la résine utilisée dans les imprimantes 3D par stéréolithographie (SLA) est « semblable à du polycarbonate » et non un véritable polycarbonate. Au final, les propriétés sont assez similaires et, du point de vue de la conception, les deux sont pratiquement interchangeables.
Le PC est transparent comme le verre (ou presque), mais il est beaucoup plus résistant aux chocs. En fait, il est près de 200 fois plus résistant.
Il est également tolérant aux températures extrêmes, ce qui en fait un excellent choix pour les produits qui sont utilisés régulièrement à l'extérieur, tels que les lunettes de protection et les écrans faciaux, les fenêtres pour les équipements lourds, les conteneurs transparents, etc. sans oublier les conteneurs utilisés dans les applications médicales. Il faut toutefois souligner que le polycarbonate fait partie des polymères résistants aux UV les plus chers pour la conception de prototypes et pièces de séries.
PMMA, acrylique ou plexiglas
Plus connu sous le nom d'acrylique ou de plexiglas, le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est une alternative moins coûteuse, mais plus dure que le PC.
En fonction de la qualité et du traitement, le PMMA peut parfois devenir cassant, et il n'est pas aussi résistant que le PC. Cependant, il présente une meilleure clarté optique et une meilleure résistance aux rayures que le PC. L'acrylique est également deux fois moins lourd que le verre et beaucoup plus résistant.
Disponible dans un véritable arc-en-ciel de couleurs (pour le moulage par injection) et avec une température de service continue de 70 °C, le PMMA est souvent utilisé pour la signalisation extérieure, les présentoirs de magasins et les panneaux décoratifs.
Protolabs ne fabrique pas de panneaux de signalisation, mais usine et moule régulièrement ce matériau résistant aux UV pour des clients des secteurs optique et scientifique.
PTFE (Téflon)
Vous connaissez certainement le polytétrafluoroéthylène (PTFE) sous son nom commercial de Téflon, la matière des ustensiles de cuisine et autres surfaces antiadhésives.
Ce polymère fluoré bien connu présente l'un des coefficients de friction les plus faibles du marché et, bien que sa résistance mécanique soit loin d'égaler celle de la plupart des polymères techniques, il reste fonctionnel à des températures bien plus extrêmes (de -240 °C à 295,5 °C). En outre, le PTFE est un excellent isolant électrique, à la fois flexible et résistant à la fatigue, et il est connu pour son inertie chimique.
C'est le produit préféré des concepteurs de produits médicaux qui l'utilisent pour fabriquer des pièces comme des patchs cardiaques, des remplacements de ligament et des greffes cardiovasculaires. Les scientifiques recouvrent de PTFE les cuves de réaction et d'autres équipements de laboratoire, tandis que les constructeurs automobiles l'utilisent dans les joints de tige de soupape, les garnitures de roulements et les joints de culasse.
Pour l'instant, nous limitons les pièces en PTFE à notre service d'usinage, même si, comme vous le verrez, il existe plusieurs solutions de rechange résistantes aux UV qui conviennent également au moulage par injection de plastique.
POM, acétal ou Delrin
Polyoxyméthylène (POM), parfois connu sous le nom d'acétal, de POM et sous des noms commerciaux tels que Delrin et Celcon pour n'en citer que quelques-uns.
Comme de nombreux polymères, le POM est disponible avec différentes « charges » pour augmenter la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue ou les propriétés électriques, mais même sans ces additifs, il est très résistant.
Il offre un faible coefficient de friction et résiste à la chaleur, à l'usure et aux UV. Il est donc largement utilisé dans l'industrie automobile et d'autres applications extérieures. Mais en raison de la sensibilité du POM à certains acides et au chlore, il faut faire preuve de prudence lorsqu'on l'utilise dans certains environnements chimiques.
PEI ou Ultem
Il en va de même pour le polyétherimide (PEI) ou Ultem. Le PEI est un plastique exceptionnellement résistant à la lumière du soleil, aux flammes, aux températures élevées et à un large éventail de produits chimiques. C'est également un excellent isolant électrique (c'est-à-dire qu'il possède une rigidité diélectrique élevée).
Là encore, diverses charges sont disponibles pour améliorer encore les qualités déjà admirables du PEI. Il peut également être produit en version transparente ou translucide. Parce qu'il résiste à une exposition répétée et de courte durée à l'eau chaude et à la vapeur, l'Ultem est très utilisé dans les autoclaves et les instruments médicaux.
Les constructeurs automobiles l'utilisent pour les réflecteurs de phares et les écrans thermiques, les fournisseurs de produits électroniques l'emploient pour les connecteurs, les boîtiers et les supports de montage, tandis que les fabricants du secteur aéronautique s'en servent pour tout, des soupapes de carburant aux pièces de moteur en passant par les plateaux alimentaires et les volants de voitures.
Pour faire simple, le PEI est le polymère de choix pour toute une variété de composants usinés et moulés par injection.
PPS
Enfin, le dernier, mais non le moindre, des produits résistants aux UV est le sulfure de polyphénylène (PPS).
Comme l'Ultem (PEI) et, dans une moindre mesure, le Delrin (POM), le PPS est un polymère de qualité technique extrêmement utile.
Lui aussi est résistant aux flammes, aux produits chimiques, à l'électricité et à la chaleur. Il peut s'avérer légèrement cassant, mais est autrement considéré comme solide et durable (surtout lorsqu'il est renforcé par du verre). C'est pourquoi il est largement utilisé dans les secteurs aéronautique, automobile et médical.
Protolabs dispose d'un stock de matières PPS de Ryton ou Fortron, qui sont les matières préférées de ceux qui cherchent à produire des pièces robustes moulées par injection.
Vous n'avez pas trouvé la matière que vous recherchiez ?
Pas d'inquiétude. Il est important de noter que les fabricants peuvent obtenir une résistance aux UV par d'autres moyens.
Comme nous l'avons indiqué précédemment, de nombreux polymères qui seraient autrement ignorés par les amateurs de soleil peuvent être rendus plus résistants aux rayonnements grâce à un peu de verre, de fibre ou de métal.
Il est également possible d'éviter la photodégradation par des moyens mécaniques. Ainsi, les tuyaux en PVC et en CPVC utilisés en extérieur sont souvent recouverts ou peints d'un revêtement résistant aux UV, une solution simple, mais efficace.
Enfin, les concepteurs de pièces doivent se demander combien de temps le produit est supposé résister aux rayons UV. Contrairement aux coups de soleil sur la plage, la photodégradation est un processus lent.
Supposons que les pièces ne soient exposées à des conditions ambiantes que pendant quelques mois, voire un an ou deux : est-ce vraiment grave si elles jaunissent un peu, à condition qu'elles conservent les propriétés électriques, thermiques ou mécaniques nécessaires pendant leur durée de vie prévue ?
Si vous souhaitez découvrir d'autres matières ou parler de solutions de rechange pour rendre vos pièces plus résistantes aux UV, n'hésitez pas à contacter l'un de nos ingénieurs d'application en écrivant à [email protected] ou en composant le +33 (0)4 56 64 80 50