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Résines composites thermoplastiques : PEEK, PEKK, PAI et au-delà

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Examen des résines composites thermoplastiques

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Ces dernières années, les composites thermoplastiques renforcés par des fibres et basés sur des résines thermoplastiques ont connu un regain de popularité, les chercheurs et les industries du monde entier se concentrant sur le développement de ces matériaux à hautes performances. Les procédés de moulage thermoplastique les plus courants sont le moulage par compression, le moulage par injection de résine, l'enroulement filamentaire et la pultrusion. Le choix du type de résine plastique approprié est crucial dans ces procédés, car il affecte directement les caractéristiques et les performances du produit final. Chaque type de résine offre une série d'avantages, ce qui permet aux fabricants d'adapter leur sélection de matériaux aux exigences spécifiques de leurs produits.

Résines thermoplastiques courantes pour les composites

Les résines thermoplastiques hautes performances les plus courantes - polyétheréthercétone (PEEK), polyéthercétonecétone (PEKK), polyamide-imide (PAI), sulfure de polyphénylène (PPS), polyétherimide (PEI), polyéthersulfone (PES) et polymère à cristaux liquides (LCP) - sont performantes dans les environnements à haute température. Une fois durcies, elles n'absorbent pas l'eau et ne se dégradent pas dans des conditions humides. Ces résines, renforcées par des fibres de haute performance, prolongent la durée de conservation des préimprégnés sans réfrigération et présentent une excellente résistance aux chocs et à l'amortissement des vibrations. Elles offrent également des possibilités d'utilisation de contenu recyclé et simplifient le recyclage des déchets et des structures de ferraille.

Résine polyétheréthercétone (PEEK)

La résine PEEK a une température de transition vitreuse (143°C) et un point de fusion (334°C) élevés, ce qui la rend fiable pour les applications nécessitant une résistance à la chaleur. Elle présente également une excellente résistance au fluage, une forte résistance à la traction et est respectueuse de l'environnement.

Applications courantes : Le PEEK est largement utilisé dans les domaines de l'aérospatiale, de l'automobile, de la biomédecine et de l'électricité. Il convient à la fabrication de roulements, de câbles isolés, d'engrenages de sécurité, de pompes, de pièces de machines lourdes, de vannes, de compresseurs, de semi-conducteurs, etc. Les principaux producteurs chinois de PEEK sont Kangsheng New Materials, Water Co, Zhongyan ZYPEEK Co, ARKPEEK et Zhaomin Technology.

Résine de polyéthercétone (PEKK)

Le PEKK est un haut polymère composé d'éther diphénylique et de chlorure d'isophtaloyle ou de chlorure de téréphtaloyle, avec une unité répétitive contenant une liaison éther et deux liaisons cétone dans la structure de sa chaîne principale.

Propriétés : La résine PEKK offre une très grande résistance à la température, avec des températures d'utilisation à long terme de 250~260°C et des températures d'utilisation à court terme allant jusqu'à 300°C. Elle présente une rigidité, une résistance à la traction, une résistance à la compression et une résistance aux chocs élevées, une excellente résistance à la flamme, un retardateur de flamme inhérent et une faible émission de fumée. Il présente également une résistance chimique, une rigidité diélectrique, des propriétés d'isolation et une résistance au frottement supérieures.

Applications courantes : Le PEKK est utilisé dans les matériaux d'isolation structurelle et électrique à haute température, les revêtements antiadhésifs, les composites thermoplastiques à base de fibres de carbone, les filaments et les poudres d'impression 3D, les produits moulés par injection, les panneaux extrudés, les films électroniques, etc. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, l'impression 3D, l'électronique 5G, l'extraction du pétrole et du gaz, les dispositifs médicaux, les implants dentaires et osseux et les véhicules à énergie nouvelle. Shandong Kangsheng New Material Co. est actuellement la seule entreprise nationale disposant de droits de propriété intellectuelle indépendants et de la capacité de produire du PEKK.

Résine polyamide-imide (PAI)

La résine PAI, un haut polymère avec une alternance d'anneaux imides et de liaisons amides, a une résistance inégalée parmi les plastiques industriels non renforcés, avec une résistance à la traction supérieure à 172 MPa et une température de déformation thermique de 274°C sous une charge de 1,8 MPa.

Propriétés : Le PAI conserve les excellentes propriétés des polyimides, telles que la résistance à la chaleur, les propriétés mécaniques, la résistance au fluage, la résistance aux radiations et la stabilité chimique, tout en étant plus facile à transformer. Il présente également une meilleure rigidité et une meilleure stabilité chimique que les polyimides et est plus soluble dans les solvants organiques.

Applications courantes : Le PAI adhère bien aux métaux et à d'autres matériaux, ce qui permet de l'utiliser dans les revêtements de fils émaillés, les vernis d'imprégnation, les films, les stratifiés, les revêtements et les adhésifs. Par exemple, les fils émaillés en PAI sont utilisés dans les moteurs de plongée sous-marine de classe H, les stratifiés dans les cartes de circuits imprimés et les prises, et les films comme matériaux d'emballage isolants.

Résine de sulfure de polyphénylène (PPS)

Le PPS, la résine thermoplastique la plus utilisée parmi les sulfures de polyarylène (PAS), est composé d'une alternance d'anneaux benzéniques et d'atomes de para-soufre. La structure rigide des anneaux benzéniques lui confère une cristallinité et une résistance à la corrosion élevées, tandis que les liaisons sulfurées flexibles et l'ignifugation inhérente lui permettent d'atteindre le niveau de résistance à la flamme UL-94-V0 sans ajout de retardateurs de flamme.

Applications courantes : Les résines PPS modifiées peuvent être utilisées dans les plastiques techniques, les fibres, les films et les revêtements dans divers domaines. Les principaux producteurs de PPS en Chine sont Zhejiang NHU, Chongqing Polyseal, Shandong Sainji, Guangdong Hongshu, Zhuhai Changxian, Jiangsu Ouruida, Suzhou Napol, Sichuan Zhongke Xingye et Chengdu Letian Plastics.

Résine de polyétherimide (PEI)

Le PEI, connu sous le nom de polyétherimide, est un plastique technique thermoplastique amorphe de couleur ambre avec des liaisons éther flexibles (-R-O-R-) introduites dans les molécules rigides à longue chaîne du polyimide. Il combine des groupes fonctionnels amines aromatiques avec des liaisons éther, offrant ainsi une alternative thermoplastique moins coûteuse et à plus haut rendement que les autres polyimides aromatiques.

Applications courantes : Le PEI est utilisé dans les secteurs de l'électronique, de l'électricité et de l'aérospatiale comme substitut du métal dans les produits traditionnels et les articles de la vie quotidienne. Il peut notamment remplacer les métaux dans la fabrication de connecteurs de fibres optiques, optimisant ainsi la structure des composants, simplifiant les processus de fabrication et d'assemblage et réduisant les coûts du produit final d'environ 40 %. Les composites PEI avec fibre de carbone sont utilisés dans divers composants d'hélicoptères, et la mousse PEI est utilisée comme matériau d'isolation et d'insonorisation dans les machines de transport et les avions.

Polymère à cristaux liquides (LCP)

Le LCP, un polyester entièrement aromatique, présente des structures moléculaires uniques avec une orientation moléculaire unidimensionnelle ou bidimensionnelle à longue portée, offrant une résistance élevée à la chaleur, un module élevé, une faible viscosité à l'état fondu, une dilatation thermique minimale, une faible perte diélectrique et une grande solidité.

Applications courantes : Le LCP est utilisé dans les plastiques techniques, les films et les fibres. Les applications comprennent les connecteurs à grande vitesse, les vibrateurs d'antenne de station de base 5G et les matériaux de substrat FCCL pour les antennes. Les principaux producteurs nationaux de LCP sont Kingfa Sci. & Tech, Water New Material, Shanghai Prite, Nantong Haidi, Nanjing Qingyan, Ningbo Haigera et Ningbo Ju Jia New Material.

Avantages du moulage de composites thermoplastiques

1. Flexibilité de conception : Les matériaux thermoplastiques offrent une souplesse de conception inégalée, permettant aux fabricants de créer des formes complexes, des textures et des conceptions personnalisées à l'aide de la technologie du thermoformage. Cette polyvalence les rend idéaux pour fabriquer des produits complexes et visuellement attrayants, adaptés aux besoins spécifiques des clients.

2. Rentabilité : Les résines plastiques thermoformées sont économiquement avantageuses, car elles impliquent des coûts de moule et d'installation minimes, ce qui les rend adaptées à la production à petite et à grande échelle. En outre, la légèreté des matériaux thermoplastiques permet de réduire les coûts de transport et de manutention.

3. Recyclabilité et durabilité : De nombreuses résines thermoplastiques utilisées dans le thermoformage sont connues pour leur recyclabilité et leur durabilité, ce qui répond à la demande croissante de pratiques de fabrication respectueuses de l'environnement. Ces résines peuvent être facilement recyclées et réutilisées, ce qui réduit l'impact sur l'environnement et favorise une économie circulaire. En utilisant divers types de matériaux thermoplastiques pour le thermoformage, les fabricants contribuent à une production durable et réduisent leur empreinte carbone.