Aborder la famille des plastiques techniques peut paraître compliqué de prime abord tant cette famille est grande, mais en mécanique générale et de précision, ce sont souvent les mêmes matières qui sont choisies par les usineurs.
Notre objectif dans cet article est de vous donner ici quelques repères pour appréhender facilement cette famille. Nous aborderons les différentes matières plastiques techniques et notamment les thermoplastiques semi-cristallins.
On distingue 4 grandes familles de plastiques (ou polymères) :
Le terme générique "plastique" correspond à un large choix de matières différentes dont les propriétés ne cessent de s’améliorer. On constate que les plastiques remplacent de plus en plus souvent les bronzes, les aciers inoxydables, l’aluminium et les céramiques. Principaux atouts :
A contrario, les plastiques atteignent vite leurs limites dès certaines températures. C’est un élément fondamental qui les caractérise : la température d’utilisation. Ils peuvent vite se déformer, car ils manquent de thermo-stabilité. Par rapport aux métaux, les variations dimensionnelles par reprise d’humidité selon la matière choisie et la dilatation thermique sont plus importantes.
Ensuite, les caractéristiques mécaniques restent limitées, donc même à température ambiante on ne pourra pas tout faire en matière plastique.
Enfin, dernier inconvénient mais pas des moindres, en raison de plusieurs facteurs il est très difficile (voire impossible) d'obtenir des pièces de grande précision... Ne mettez donc pas des tolérances au centième sur des pièces plastique usinées, car vous ne les atteindrez pas !
Les polymères sont désignés par leur structure chimique ; mais comme ces noms peuvent être très long, par souci de simplification on utilise des abréviations (par exemple, PTFE pour Polytétrafluoroéthylène).
Ces abréviations sont parfois suivies d'une ou plusieurs lettres précisant une spécificité de composition ou de mise en forme. Parmi les suffixes les plus courants nous retrouvons :
Certains polymères sont également souvent appelés par des dénominations commerciales, tels que le Plexiglas® (PMMA), le Téflon® (PTFE) ou le Nylon® (PA6.6) par exemple...
Désignation | Nom complet | Dénominations commerciales courantes |
---|---|---|
PA12 | Polyamide | Nylon, Ertalon, Tecamid, Tecast, Sustamid, Traidamid, Nylatron |
PA4.6 | ||
PA6 | ||
PA6.6 | ||
PA6.6 GF30 | Polyamide (chargé Fibres de verre 30%) | |
PA6G | Polyamide coulé | |
PAI | Polyamide Imide | Torlon |
PC | Polycarbonate | Makrolon, Lexan |
PEEK | Polyétheréthercétone | Victrex, Ketron PEEK, Sustapeek, Tecapeek |
PEHD 1000 | Polyéthylène Haute Densité | Polystone , Cestilène, Tivar |
PEHD 300 | ||
PEHD 500 | ||
PEI | Polyétherimide | Ultem |
PEI | Polyetherimide | Ultem |
PET | Polyéthylène téréphtalate | Ertalyte, Tecapet, Sustadur |
PFA | Perfluoroalkoxy | Fluon, Dyneon |
PI | Polyimide | Vespel, Dexnyl, Tecasint |
PMMA | Polyméthacrylate de méthyle | Plexiglas, Altuglas, Metacrilat |
POM C | Polyacétal | Delrin, Tecaform, Ertacetal, Sustarin |
POM C GF25 | Polyacétal (chargé Fibres de verre 25%) | |
POM H | Polyacétal | |
PP H | Polypropylène | Simona, Tecafine, Tecapro |
PPE | Polyphénylène éther | Noryl, Ryton, Tecanyl |
PPS | Polysulfure de phénylène | Fortron, Xytron |
PPSU | Polyphénylsulfone | Radel |
PSU | Polysulfone | Lasulf, Udel |
PTFE coulé | Polytétrafluoroéthylène | Teflon |
PTFE extrudé | ||
PVC extrudé | Polychlorure de vinyle | Simonak, Komacel, Forex |
PVDF | Polyflurorure de vinylidène | Kynar, Tecaflon |
Comme évoqué plus haut, les polymères courants peuvent rarement être utilisés au-delà de 120°. C’est un élément fondamental qui les caractérise : selon la température d’utilisation, ils peuvent vite se déformer. Si on dépasse la température d’utilisation préconisée par le producteur, les propriétés physiques de la matière se dégradent, notamment la rigidité. La matière perd en stabilité, se déforme.
Par ailleurs, les plastiques ayant une faible conductivité thermique, la chaleur provoquée par l’usinage peut également conduire à la déformation de la matière. Il appartient donc à l’usineur de prendre connaissance des recommandations d’usinage fournies par les producteurs. L’indicateur de la rigidité d’un plastique est la constante (E) appelée module d’élasticité (ou "module de Young"). Le module d’élasticité diminue lorsque la température s’élève. Ainsi les plastiques perdent leur rigidité lorsque la température augmente.
Toutefois, certaines matières plastiques résistent à de fortes différences de températures sans se dégrader. On les trouve dans la famille des thermoplastiques hautes-performances (PTFE, PEEK et polyimides) ou des thermodurcissables. Concernant les polyimides, on trouve notamment le Vespel®, produit par la société américaine Du Pont de Nemours, et distribué en France par Dedienne Multiplasturgy Group. Les polyimides (Vespel® ou Sintimid®) non-chargés ou chargés avec du graphite, du MoS2 ou du PTFE, servent notamment dans l’industrie du verre et dans l’industrie aéronautique, là où on recherche une résistance aux températures très basses ou très hautes et une résistance à l’usure par frottement.
Attention : selon le fabricant et le procédé de fabrication, les valeurs indiquées ci-dessous peuvent légèrement varier...
Désignation | Température fusion | Température d'utilisation | Utilisation à court terme | Coefficient de dilatation thermique linéaire | Conductibilité thermique | Capacité thermique spécifique |
---|---|---|---|---|---|---|
°C | °C | °C | .10-6 K-1 | W.m-1.K-1 | kJ / (kg.K) | |
PA12 | 178 | -50 à 80 | 140 | 100 | 0,3 | 1,7 |
PA4.6 | 295 | -40 à 135 | 200 | 80 | 0,3 | - |
PA6 | 220 | -40 à 85 | 160 | 90 | 0,23 | 1,7 |
PA6.6 | 260 | -30 à 95 | 170 | 80 | 0,23 | 1,7 |
PA6.6 GF30 | 260 | -20 à 120 | 200 | 50 | 0,24 | 1,5 |
PA6G | 216 | -40 à 110 | 170 | 80 | 0,25 | 1,7 |
PAI | 370 | -250 à 230 | 250 | 14 | 0,81 | - |
PC | - | -40 à 115 | 140 | 70 | 0,21 | 1,2 |
PEEK | 343 | -60 à 250 | 310 | 50 | 0,25 | 1,34 |
PEHD 1000 | 135 | -250 à 80 | 130 | 150-230 | 0,41 | 1,9 |
PEHD 300 | 135 | -50 à 80 | 100 | 150-230 | 0,43 | 1,9 |
PEHD 500 | 135 | -100 à 80 | 100 | 150-230 | 0,4 | 1,9 |
PEI | - | -50 à 170 | 210 | 45 | 0,24 | 1,1 |
PEI | 360 | 170 | 200 | 5 | 0,22 | - |
PET | 255 | -20 à 100 | 160 | 60 | 0,29 | - |
PFA | 370° | -220 à 260 | 280 | 160 | 0,2 | 1,1 |
PI | 385 à 425 | -270 à 315 | 500 | 4,9 | 0,17 | 1,13 |
PMMA | - | -20 à 80 | - | 65 | 0,17 | 1,32 |
POM C | 165 | -50 à 100 | 140 | 110 | 0,31 | 1,5 |
POM C GF25 | 165 | -20 à 100 | 140 | 30 | - | - |
POM H | 175 | -50 à 90 | 150 | 100 | 0,31 | 1,5 |
PP H | 165 | 0 à 100 | 150 | 120-190 | 0,2 | 1,7 |
PPE | - | -40 à 100 | 110 | 80 | 0,23 | 1,2 |
PPS | 285 | -20 à 220 | 260 | - | - | - |
PPSU | 365 | 170 | 190 | 5,6 | 0,35 | - |
PSU | 340 | 160 | 180 | 5,5 | 0,25 | 1 |
PTFE coulé | - | -200 à 260 | - | 120-130 | 0,2 | 1,05 |
PTFE extrudé | - | -200 à 260 | - | 120-130 | 0,2 | 1,05 |
PVC extrudé | - | -15 à 60 | - | 60-80 | 0,16 | - |
PVDF | 180 | -20 à 130 | 175 | 2,7 | 0,18 | - |
Désignation | Densité | Résistance mécanique en traction Rm | Allongement à la rupture | Module d'élasticité en traction (E) | Dureté | Absorption d'humidité |
---|---|---|---|---|---|---|
g/cm³ | Mpa | % | Mpa | SHORE D | % | |
PA12 | 1,02 | 50 | 200 | 1800 | 78 | 0,8 |
PA4.6 | 1,18 | 95 | 30 | 3100 | 84 | 3,7 |
PA6 | 1,14 | 80 | >50 | 3200 | 82 | 3 |
PA6.6 | 1,15 | 85 | 50 | 3300 | 83 | 2,8 |
PA6.6 GF30 | 1,32 | 100 | 5 | 5000 | 86 | 1,7 |
PA6G | 1,15 | 75 | >45 | 3400 | 83 | 2,5 |
PAI | 1,59 | 94 | 1 à 6% | 14500 | 95 | 0,12 |
PC | 1,2 | 65 | 80 | 2300 | 82 | 0,2 |
PEEK | 1,32 | 110 | 20 | 4000 | 88 | 0,2 |
PEHD 1000 | 0,93 | >20* | >350 | 680 | 63 | <0,01 |
PEHD 300 | 0,95 | 23* | - | 800 | 60 | <0,01 |
PEHD 500 | 0,96 | 27* | >600 | 1200 | 62 | <0,01 |
PEI | 1,27 | 110 | 12 | 3100 | 86 | 0,05 |
PEI | 1,27 | 105 | > 50% | 3200 | 97 | 1,25 |
PET | 1,39 | 90 | 15 | 3700 | - | 0,25 |
PFA | 2,12 | 26 | 3 | 600 | 62 | <0,01 |
PI | 1,33 | 50 | 1 | 742 | 77 | 0,34 |
PMMA | 1,19 | 76 | 6 | 3300 | 60-70 | 0,3 |
POM C | 1,41 | 68 | 30 | 3000 | 83 | 0,2 |
POM C GF25 | 1,58 | 65 | 3 | 4500 | 85 | 0,15 |
POM H | 1,42 | 75 | 30 | 3200 | 83 | 0,2 |
PP H | 0,91 | 26* | >50 | 1300 | 72 | <0,1 |
PPE | 1,1 | 50 | 10 | 2400 | 82 | 0,05 |
PPS | 1,35 | 90 | 3 | 4150 | 88 | 0,02 |
PPSU | 1,29 | 70 | > 50% | 2350 | 80 | 1,1 |
PSU | 1,24 | 80 | > 50% | 2600 | 80 | 0,8 |
PTFE coulé | 2,16 | 25-31 | 300-400 | - | 50-65 | - |
PTFE extrudé | 2,16 | >20 | >200 | - | 51-60 | - |
PVC extrudé | 1,44 | 50 | 20 | 2700 | 85 | 1 |
PVDF | 1,78 | 55 | > 60% | 1100 | 75 | 0,03 |
* Résistance au fluage
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Attention : Les propriétés thermiques et surtout mécaniques indiquées ci-dessus ne sont pas à prendre pour argent comptant ! En effet, les matières plastiques voient leurs propriétés évoluer considérablement selon, entre autres, leur mode de production, la forme du produit fini, ou les éléments de charge (fibre de verre, craie, fusain, chanvre...)
Nous vous invitons à prendre contact directement avec les fabricants de matière en cas de questions sur les propriétés mécaniques ou thermiques. Ils sauront vous apporter une réponse en lien direct avec votre besoin !
Article rédigé en collaboration avec Frédéric Crespel, spécialiste des métaux et fondateur de aciersspeciaux.fr et Jean-Christophe Morisset