Les plastiques techniques sont largement utilisés dans l'aéronautique en raison de leur légèreté, de leur résistance aux chocs, de leur haute résistance mécanique, de leurs excellentes propriétés d'isolation électrique, de leur résistance à la corrosion et à l'usure, ainsi que de leur facilité de moulage. Presque tous les types de plastiques techniques et leurs composites renforcés trouvent des applications appropriées et jouent un rôle essentiel dans la structure d'un aéronef. Leurs applications dans l'aéronautique se répartissent généralement en quatre catégories : composants électriques, pièces structurelles, garnitures intérieures et composants transparents.
Composants électriques en plastique
Leurs propriétés d'isolation électrique supérieures ont motivé leur première utilisation dans l'aéronautique. On les utilise principalement dans les moteurs, les appareils électriques, l'instrumentation et les systèmes de distribution d'énergie pour fabriquer des bobines, des borniers, des douilles, des connecteurs, des interrupteurs, ainsi que des couches isolantes et des gaines de protection pour le câblage. Par exemple :
- ABS, polycarbonate (PC), PBT et polyamide (PA) : utilisés pour la fabrication de conduits électriques, de régulateurs, de connecteurs et de divers interrupteurs.
- Polyétheréthercétone (PEEK) : Utilisé pour les composants radar et les radômes.
- Film de polyimide pyromellitique (PI) : utilisé pour les couches d'isolation et de protection des fils et câbles d'aviation en raison de sa résistance thermique et de ses propriétés diélectriques exceptionnelles.
Pièces structurelles en plastique
Le remplacement du métal par des plastiques techniques pour les pièces structurelles des moteurs d'avion et divers accessoires constitue une tendance majeure qui élargit leur champ d'application. Ces pièces comprennent des roulements autolubrifiants, des bagues, des joints d'étanchéité, des circlips, des fixations, des boîtiers d'instruments, des cames, des poulies, des engrenages, des colliers de serrage et divers joints d'étanchéité. Exemples :
- Polyétheréthercétone (PEEK) : Utilisé pour la fabrication de divers composants de moteurs.
- Polyamide (PA) et polyoxyméthylène (POM) : utilisés pour les poulies, les cames, les anneaux de retenue, les colliers de serrage et les engrenages.
- Polytétrafluoroéthylène (PTFE) : Utilisé pour les roulements en raison de ses excellentes propriétés autolubrifiantes.
- Composés de moulage en polyimide : utilisés pour remplacer le bronze dans les bagues résistantes à l’usure des châssis avant de moteur.
- Polyimide renforcé de fibres de verre : utilisé pour les tuyères de queue des moteurs à réaction et les joints d'étanchéité des volets (écailles de poisson).
Garniture intérieure en plastique
Les garnitures intérieures constituent un autre domaine d'application essentiel des matières plastiques. Par exemple, dans un Boeing 727 d'une masse maximale au décollage de 77 180 kg, les matières plastiques représentent 2 730 kg, dont 908 kg sont utilisés pour les garnitures intérieures. Ces éléments comprennent les porte-bagages, les revêtements de sol et de sol, les sièges, les cadres de fenêtres, l'isolation acoustique et thermique, ainsi que les adhésifs décoratifs. Les panneaux de grande surface, tels que les parois latérales décoratives, les plafonds, les compartiments de rangement et les cloisons, sont souvent recouverts d'un film de fluorure de polyvinyle (PVF), qui offre à la fois un attrait esthétique et une résistance au feu.
| Source | Méthode de traitement | Pare-soleil, abat-jour, boîtes alimentaires, boîtes de mouchoirs en papier, porte-revues et boîtiers de projecteurs |
| Polycarbonate (PC): | Moulage rotationnel, injection | Pare-soleil, abat-jour, boîtes alimentaires, boîtes de mouchoirs en papier, porte-revues et boîtiers de projecteurs |
| Polycarbonate (PC) | Moulage rotationnel, injection | Cadres de fenêtres, porte-revues, poubelles, sièges, unités de service aux passagers (USP), plateaux-repas, bordures de moquette |
| ABS | Injection, extrusion | Accoudoirs de sièges, panneaux intérieurs de portes, garnitures de portes |
| Polyamide (PA) | Injection, extrusion | Dossiers de sièges, coussins élastiques, panneaux muraux, nacelles |
| Polysulfone (PSU) | Moulage rotationnel, thermoformage | Tuyaux de ventilation et d'évacuation des eaux usées |
| Film PVF | Coulée ou extrusion | Stratifiés de surface pour panneaux muraux, plafonds, etc. |
| Polyéthersulfone (PES) | Injection | Glissières de cadres de fenêtres, rails de pare-soleil, poignées de porte, loquets, boîtiers de masques à oxygène, téléphones, boutons |
| Polyéthersulfone (PES) | Extrusion | Panneaux décoratifs, housses de sièges éjectables |
| Polyéthersulfone (PES) | Formage sous vide, thermoformage | Pare-soleil, abat-jour, boîtes alimentaires, boîtes de mouchoirs en papier, porte-revues, boîtiers de projecteurs |
Composants en plastique transparent
Les composants transparents désignent les matériaux utilisés pour l'observation et l'éclairage, notamment les pare-brise, les verrières, les cônes de nez, les hublots de cabine de formes diverses, les cloisons transparentes, les tableaux de bord, les couvercles des éclairages passagers et les couvercles des feux de navigation. Faisant partie intégrante de la structure de l'aéronef, ils doivent conserver un profil aérodynamique et résister aux charges aérodynamiques, à la pressurisation et à l'échauffement cinétique en vol. Ils remplissent ainsi une double fonction, à la fois structurelle et fonctionnelle.
Performance des plastiques transparents
Les matériaux transparents sont classés en deux catégories :
- Le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) est un plastique à usage général.
- Polycarbonate (PC), il s'agit d'un plastique technique.
Ces matériaux sont utilisés pour la fabrication de pièces transparentes monolithiques ou comme couches structurelles dans les systèmes composites verre-plastique. Les structures comprennent des formes monocouches, bicouches et stratifiées. Les structures stratifiées sont classées selon les combinaisons de matériaux : verre-verre, verre-acrylique, verre-polycarbonate et acrylique-polycarbonate.
| Structure | Source | Types de connexion | Fonctionnalité | Applications |
| Une seule couche | Carte monolithique en acrylique ou en circuit imprimé | Diverses liaisons rigides ou flexibles | Facile à traiter et à fabriquer | Fenêtres pour avions et hélicoptères de petite et moyenne taille ; verrières et pare-brise de chasseurs ; cônes de nez et fenêtres d’observation de bombardiers |
| Double-couche | Deux plaques acryliques avec une entretoise en caoutchouc/plastique ; cavité remplie d’air ou d’azote | Cadre ou plaque de serrage | Structure à sécurité intégrée ; excellente isolation thermique et acoustique | Fenêtres passagers et fenêtres de porte pour les gros/moyens avions ; certaines fenêtres latérales du poste de pilotage |
| Feuilleté | Plusieurs couches de verre, d'acrylique ou de polycarbonate collées avec des intercalaires transparents ; peut inclure des éléments chauffants | Cadre de serrage (verre) ; plaque de serrage ou boulons (plastique) | Résistance aux impacts d'oiseaux ou capacité à résister aux balles | Pare-brise résistants aux impacts d'oiseaux et vitrages pare-balles pour avions militaires/civils et certains hélicoptères ; verrières de certains avions de chasse |
La plaque de polycarbonate (PC) de qualité aéronautique est extrudée à partir d'une résine PC spécifique de type bisphénol A, puis calandrée. Comparée à l'acrylique, son principal avantage réside dans sa résistance supérieure aux chocs (sa résistance à l'impact par chute de masse est 20 fois supérieure à celle de l'acrylique orienté) et sa meilleure résistance à la chaleur (sa température de fléchissement sous charge est supérieure d'environ 30 °C). Cependant, sa résistance à l'abrasion est faible, elle est sujette à la fissuration sous contrainte en présence de solvants et est sensible aux UV, nécessitant généralement un revêtement dur pour la protéger. En aéronautique, elle est rarement utilisée seule ; elle sert plutôt de couche structurelle porteuse dans les panneaux transparents stratifiés.
Exigences relatives aux matériaux transparents
Les composants transparents doivent posséder d'excellentes propriétés optiques, une résistance structurelle suffisante, une résistance à l'usure, une longue durée de vie, une grande fiabilité et une facilité d'entretien.
| Produit | Exigences |
| Forme | Profilées pour réduire la traînée ; les avions furtifs nécessitent des formes spéciales pour une faible signature radar (RCS) |
| Champ de vision | Excellente visibilité et clarté ; les avions de chasse nécessitent une large visibilité vers l'avant et sur les côtés, ainsi que vers le bas, vers le haut et vers l'arrière. |
| Propriétés optiques | Transmission lumineuse élevée, voile minimal ; les fenêtres critiques doivent respecter des normes strictes en matière de distorsion optique et de déviation angulaire ; les parties épaisses doivent tenir compte de la parallaxe binoculaire et des images fantômes. |
| Capacité de charge | Statique : résistance aux charges aérodynamiques et de pressurisation ; Dynamique : respect des exigences de durée de vie en fatigue ; Concentré : résistance aux impacts d’oiseaux pour les sections avant et exigences de protection balistique pour les avions de combat |
| Résistance thermique | Norme : -55 à 60 °C ; les avions supersoniques doivent résister à un échauffement cinétique supérieur à 95 °C. |
| Environnemental | Résistance au vieillissement, à l'humidité, à la chaleur et aux embruns salés |
| Ignifugation | Vitesse de combustion horizontale ne dépassant pas 64 mm/min |
| Processabilité | Facile à thermoformer et à usiner ; la température de décomposition doit être nettement supérieure à la température de moulage |
| Consommabilité | Facile à réparer grâce à une grande interchangeabilité des composants |
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Les composants transparents typiques différaient selon le type d'avion :
| Type | Nom |
| Avion d'attaque | Pare-brise avant (blindé), pare-brise latéraux, capote mobile |
| Bomber | viseur de bombardement, pare-brise central/principal du cockpit, cône avant, fenêtres de navigation, panneaux d'observation, fenêtres du mitrailleur arrière (latérales/avant - pare-balles) |
| Avion de passagers | Pare-brise central/principal, vitres de toit fixes supérieures, vitres panoramiques (mobiles), vitres latérales fixes, vitres des portes d'entrée, vitres de la cabine passagers |
| Hélicoptère | Vitres à filtre vert, pare-brise, vitres de vision inférieure, vitres de porte pilote (supérieures/inférieures), vitres coulissantes, vitres de portes avant/arrière de cabine |
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