Plastique avec de bonnes propriétés mécaniques

Dans des applications où les composants en plastique sont conçus pour résister aux contraintes, les propriétés mécaniques des polymères jouent un rôle particulièrement important. Les caractéristiques matérielles mécaniques fondamentales sont :
  • La résistance mécanique : mesure de la résistance d’un matériau à des contraintes externes
  • Rigidité : mesure de la résistance d’un matériau à la déformation
  • Dureté : mesure de la résistance d’un matériau à la déformation sous une forte charge en compression
  • Solidité : mesure de la capacité d’un matériau d’absorber de l’énergie pendant les chocs

De telles propriétés peuvent être examinées et comparées entre différents produits par des méthodes de tests normalisée. Par exemple, les propriétés en traction telles que la résistance à la traction et la rigidité peuvent être déterminées selon DIN EN ISO 527 en appliquant brièvement une charge dans une direction pendant un test de traction. Les résultats et les valeurs typiques obtenues pendant le test, en fonction du comportement du matériau, sont réunis dans le graphique suivant :

Ensinger teste les propriétés mécaniques de tous ses produits semi-finis. Ces informations sont fournies dans nos fiches-produits standards. Elles permettent aux utilisateurs de comparer d’une manière fiable les propriétés physiques des différents matériaux techniques.

Les utilisateurs doivent savoir que lors de la comparaison des valeurs d’Ensinger avec celles d'autres sources, des résultats différents peuvent apparaître. C'est souvent dû à des éprouvettes, des méthodes et vitesses de tests différentes. La différence provient également du fait que la plus grande partie de la littérature disponible sur les matériaux thermoplastiques est basée sur des résultats d'éprouvettes moulées par injection, alors que les données des fiches d’Ensinger sont obtenues sur des éprouvette usinées à partir d’échantillons extrudés. Le taux de cristallinité et l’orientation des fibres différent entre les matériaux extrudés et ceux injectés, ce qui entraîne des différences de valeur importantes.

Résistance mécanique - à la traction et à la flexion

La résistance à la flexion et la résistance à la traction sont deux valeurs couramment utilisées lorsqu’on compare des matériaux. Les plastiques de grande résistance à la traction d’Ensinger sont:

L’ajout de renfort de fibres de carbone et de fibres de verre aux matériaux extrudés améliore généralement la résistance à la traction et à la flexion, mais l’effet est plus limité que dans les échantillons moulés par injection.

Rigidité - Module d’élasticité en traction et flexion

La rigidité des matériaux non chargés est exprimée par le module de traction. Les produits d’Ensinger ayant les meilleures valeurs de rigidité sont: TECASINT 4111 (PI), TECAPEEK (PEEK), TECAST (PA 6 C), TECAFORM AD (POM-H), et TECAPET (PET).

Pour obtenir des valeurs maximales du module E, nous proposons en standard des matériaux chargés en fibres de verre et fibres de carbone, par exemple :

Résistance à la compression

Résistance à la compression [MPa]

La résistance à la compression offre une bonne indication des capacités des différents matériaux plastiques à porter des charges. Elle est mesurée en appliquant une force croissante sur des éprouvettes cylindriques ou cubiques maintenues entre deux plaques, en mesurant en même temps la pression et l’élongation. 
 
Dans le cas des thermoplastiques, la propriété de résistance à la compression à la rupture n’est pas toujours une mesure pertinente car pour de nombreux matériaux ductiles, l’éprouvette se déforme sans rupture franche. La déformation excessive sous charge n’est donc pas une bonne indication de réussite pour des applications industrielles. Pour cette raison, la charge en compression n’est pas donnée à la rupture, mais à un point de déformation défini (d’habitude 1 %, 2 % ou 10 %). Il est très important de vérifier les conditions de test avant de comparer les valeurs en compression de différentes sources !
 
Il doit être également observé que l’ajout de renfort de fibres de carbone ou de verre renforce en général la résistance à la compression d’un polymère, mais l’effet macroscopique est plus visible sur la performance à long terme plutôt que sur celle à court terme, grâce à l’amélioration des propriétés de fluage.


Produits composites renforcés en fibres :

Solidité - résistance au choc

Résistance mécanique / Contrainte [MPa]
 
Le résistance au choc des thermoplastiques est mesurée par les tests Charpy ou Izod. Une petite barre rectangulaire est frappé par un pendule à haute vitesse et on mesure l’énergie absorbée lors de la rupture de l’éprouvette ; plus la valeur est élevée, meilleure est la résistance au choc. Dans les cas des plastiques avec une résistance au choc élevée, lorsque les échantillons ne se rompent pas, la valeur n’est pas utilisable, donc l’essai est répété avec une encoche faite sur l’éprouvette pour obtenir des informations dans ces conditions plus sévères.


Les plastiques typiques à haute résistance au choc sont les suivants :
 

Dureté

Dureté par compression de bille [MPa]

La dureté de surface peut être mesurée de différentes façons, mais l’une des méthodes les plus utilisées pour les tests sur thermoplastique est la « dureté à la bille par pénétration ». On tente de faire pénétrer dans le matériau une sphère métallique de différents tailles sous une charge déterminée et pendant une durée déterminée, l’empreinte résiduelle dans le matériau définissant la valeur de la dureté. Une autre méthode courante de test de dureté est le test de dureté Rockwell


 
Les matériaux chargés en fibres de verre et fibres de carbone présentent la dureté de surface la plus élevée, alors que les meilleurs matériaux non chargés en termes de dureté sont les suivants :