Le polycarbonate (PC) est un thermoplastique technique haute performance qui s'est imposé comme l'un des cinq polymères techniques d'usage général les plus importants. Cet article présente un aperçu complet des propriétés, des procédés d'usinage et des applications du polycarbonate.
Qu’est-ce que le polycarbonate ?
Le polycarbonate, ou PC, est un polymère de haut poids moléculaire dont les chaînes moléculaires contiennent des groupements carbonate. Il fait partie des cinq plastiques techniques d'usage courant. Son nom provient des liaisons carbonate présentes dans sa structure moléculaire. Le PC pallie la fragilité des matériaux transparents traditionnels comme le verre. En tant que polymère technique transparent, il présente également une excellente résistance aux chocs, au fluage et à la chaleur, ainsi qu'une faible absorption d'eau, ce qui lui permet d'exceller dans des applications exigeantes.
Propriétés du polycarbonate
Le polycarbonate est un polymère thermoplastique amorphe et transparent. Inodore, sans goût et non toxique, il possède une combinaison équilibrée de propriétés mécaniques, thermiques et diélectriques, ce qui en fait un excellent plastique technique.
Propriétés mécaniques
Le polycarbonate présente d'excellentes propriétés mécaniques. Sa caractéristique la plus remarquable est sa haute résistance aux chocs, qui le place parmi les meilleures résines thermoplastiques. Il présente un faible fluage et une bonne stabilité dimensionnelle, conservant une résistance mécanique élevée même à basse température. Ses inconvénients incluent une faible résistance à la fatigue, une tendance à la fissuration sous contrainte et une faible résistance à l'abrasion. Le tableau ci-dessous présente les propriétés mécaniques du polycarbonate.
| Propriétés | Valeur | Propriétés | Valeur |
| Résistance à la traction, MPa | 60-70 | Résistance au choc Izod entaillée, kJ/m2 | 50-70 |
| Allongement,% | 60-130 | Dureté Brinell, MPa | 150-160 |
| Résistance à la flexion, MPa | 100-120 | Résistance à la fatigue, MPa | 10.5 |
| Module d'élasticité en flexion, GPa | 2.0-2.5 | ||
| Résistance à la compression, MPa | 80-90 |
La résistance au fluage du polycarbonate est supérieure à celle des thermoplastiques techniques comme le nylon et le polyoxyméthylène (POM), ce qui est un indicateur clé de la bonne stabilité dimensionnelle du PC.
Comparé à la plupart des autres plastiques techniques, le polycarbonate présente une résistance à l'abrasion relativement faible et un coefficient de frottement plus élevé.
Les contraintes internes et la fissuration sous contrainte dans les produits en polycarbonate constituent des problèmes importants. Les contraintes internes résultent principalement de l'interaction des macromolécules due à une orientation forcée.
Si l'on soumet à une flexion un échantillon de polycarbonate plié et maintenu dans cette position pendant une certaine durée, des micro-déchirures se produiront lorsque la contrainte dépassera sa limite. Lorsque la masse moléculaire moyenne du polycarbonate est supérieure à 2.4 x 104, il peut résister à une contrainte supérieure à 30 MPa ; pour une masse moléculaire moyenne de 2.2 x 104La limite est d'environ 20 MPa. La fissuration sous contrainte ne se produit généralement pas si la contrainte résiduelle ou la contrainte supportée par le produit est inférieure à cette valeur. Cependant, si le produit en polycarbonate subit une décomposition ou un vieillissement, notamment en raison d'une température excessive lors du moulage, ou s'il présente des entailles ou des lignes de soudure, ou encore s'il est utilisé dans un environnement chimique gazeux, le temps d'apparition des micro-déchirures sera considérablement réduit et la contrainte limite chutera drastiquement.
Propriétés thermiques
Le polycarbonate présente une bonne résistance à la chaleur, avec une température de service à long terme allant jusqu'à 120 °C. Il possède également une excellente résistance au froid, avec une température de fragilisation de −100 °C.
| Propriétés | Valeur | Propriétés | Valeur |
| Température de transition vitreuse, ℃ | 150 | Coefficient de dilatation thermique linéaire, x 10-5/ | 5-7 |
| Température de fusion, °C | 220-230 | Température de fléchissement sous charge (1.82 MPa), °C | 130-140 |
| Capacité thermique massique, J/(g · ℃) | 1.17 | Température de décomposition thermique, °C | ≥ 340 |
| Conductivité thermique, W/(m · ℃) | 0.24 | Température de fragilisation, °C | - 100 |
Le polycarbonate ne possède pas de point de fusion précis ; il fond entre 220 et 230 °C. Du fait de la grande rigidité de ses chaînes moléculaires, sa viscosité à l’état fondu est relativement élevée.
Propriétés électriques
Le polycarbonate présente une faible polarité, une température de transition vitreuse élevée et une faible absorption d'eau, ce qui lui confère d'excellentes propriétés électriques.
| Propriétés | 20 ℃ | 125 ℃ |
| Résistivité volumique, Ω・cm | 4.0 × 1016 | 4.0 × 1014 |
| Rigidité diélectrique, Ω・cm (couche mince) | ≥ 100 | / |
| Rigidité diélectrique, kV/mm (disque de 2 mm d'épaisseur) | 20-22 | / |
| Constante diélectrique (60 Hz) | 3.1 | 3.1 |
| Constante diélectrique (10³ Hz) | 3.1 | 3.0 |
| Facteur de dissipation (60 Hz) | 6–7 × 10-4 | 7 × 10-4 |
| Facteur de dissipation (10³ Hz) | ≤ 2×10⁻-3 | ≤ 2×10-2 |
Résistance chimique
Le polycarbonate est stable en milieux acides et huileux, mais il est sensible aux alcalis et se dissout dans les hydrocarbures chlorés. Une immersion prolongée dans l'eau bouillante peut facilement provoquer une hydrolyse et des fissures.
Propriétés optiques
Le polycarbonate est incolore et transparent, avec une bonne transmittance à la lumière visible, atteignant 85 à 90 %. La transmittance est liée à la rugosité de surface du produit. Le PC présente une faible dureté superficielle et une faible résistance à l'abrasion ; sa surface est donc sujette aux rayures et au voilement, ce qui affecte sa transmittance lumineuse. Comme d'autres polymères transparents, lorsqu'il est soumis à un étirement uniaxial, l'orientation forcée des molécules du PC crée une anisotropie et des contraintes internes, induisant une biréfringence. Cette propriété permet d'utiliser la lumière polarisée pour évaluer l'amplitude des contraintes internes dans les produits en polycarbonate.
L'indice de réfraction du polycarbonate pour la lumière visible est de 1.5872 à 20 °C, variant de 1.5914 à -20 °C à 1.5745 à 140 °C, ce qui indique une relation linéaire avec la température. Son indice de réfraction est supérieur à celui d'autres polymères transparents comme les acrylates, ce qui le rend plus adapté aux matériaux de lentilles optiques.
Procédés d'usinage PC
Le polycarbonate possède d'excellentes caractéristiques de moulage et de transformation. À l'état fluide, il peut être mis en forme par des procédés tels que le moulage par injection et l'extrusion.
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Moulage par Injection
Le moulage par injection de polycarbonate (PC) convient à la production de pièces de petite et moyenne taille exigeant des dimensions précises et une bonne résistance aux chocs. Ce procédé utilise principalement des presses à injecter à vis, équipées d'une vis à compression progressive, à un seul corps et à pas constant. Pour minimiser le reflux, on utilise une vis conique, à pointe acérée ou dotée d'un système anti-retour. La viscosité élevée du PC à l'état fondu nécessite une buse étanche à large canal ou une buse ouverte étendue pour optimiser la qualité.
Le polycarbonate séché peut se dégrader au contact de l'air ambiant en moins de 15 minutes. La trémie doit être isolée afin de maintenir la température du matériau à au moins 100 °C, et celui-ci doit être utilisé dans un délai de 0.5 minutes à 1 heure.
Extrusion
L'extrusion du polycarbonate permet de fabriquer des produits tels que des plaques, des tubes, des barres et des films. On utilise une extrudeuse monovis, dont la vis est conçue pour s'adapter aux variations de viscosité du PC. Les vis d'extrusion de PC ont généralement un rapport L/D de 18 à 20 ; si cela assure une bonne plastification, cela augmente également le risque de dégradation. Les températures d'extrusion sont inférieures à celles du moulage par injection, avec un écart de température de 10 à 20 °C entre les zones avant et arrière. Le taux de cisaillement a peu d'influence sur la viscosité du polymère fondu, et la vitesse de rotation de la vis doit généralement être inférieure à 100 tr/min. Les faibles vitesses sont utilisées pour les faibles rapports L/D afin de garantir une plastification optimale.
Usinage CNC
Un PC peut supporter certaines températures de traitement pendant Usinage CNCCependant, sa viscosité élevée et sa faible fluidité exigent un contrôle précis de la vitesse de coupe et de l'avance afin d'éviter la dégradation thermique due à une chaleur excessive ou les difficultés de moulage liées à une fluidité insuffisante. De plus, la surface du polycarbonate après usinage présente souvent un blanchiment sous contrainte, qui peut être atténué par l'optimisation des trajectoires d'outil, l'ajustement des paramètres d'usinage et l'application d'un traitement thermique approprié pour améliorer la qualité de surface et les performances globales.
Applications de Plastiques PC
Le polycarbonate combine de bonnes propriétés mécaniques et électriques avec des caractéristiques telles que la transparence, la résistance à la chaleur et la stabilité dimensionnelle, ce qui explique son utilisation répandue dans des domaines tels que les machines, l'électronique et les appareils électriques, les transports, les équipements d'éclairage et les dispositifs médicaux.
Machinerie
Grâce à son excellente résistance aux chocs, sa haute résistance mécanique et sa bonne précision et stabilité dimensionnelles, le polycarbonate est largement utilisé pour fabriquer des composants destinés à transmettre des charges faibles à moyennes, tels que des engrenages, des crémaillères, des engrenages à vis sans fin, des vis sans fin, des cames, des arbres droits, des vilebrequins et des leviers ; des fixations soumises à de faibles contraintes, telles que des vis, des écrous et des rivets ; des composants à faible usure et à faible vitesse, tels que des manchons d'arbre, des manchons de tuyau, des cages et des rails de guidage ; ainsi que des boîtiers, des couvercles et des châssis d'équipements.
Le PC peut servir à fabriquer des composants pour appareils photo et caméras. Pour les appareils photo, cela inclut les bobines réceptrices dentées, les bobines de film, les molettes de rembobinage, les cadres d'oculaire, les fenêtres d'affichage, les viseurs, les bagues de réglage de la distance et les verrous de diaphragme. Pour les caméras de cinéma, les applications comprennent les boîtiers, les poignées, les interrupteurs, les molettes, les bagues de zoom, les fenêtres d'affichage et les bagues de diaphragme.
Électronique et appareils électriques
Le polycarbonate est un excellent matériau isolant de classe E (120 °C), avec de très nombreuses applications dans les domaines de l'électronique et de l'électricité. Le moulage par injection est utilisé pour la production en série de connecteurs isolés, de bobines, de borniers, de divers interrupteurs, de supports de tubes électroniques, de manchons isolants, de boîtiers d'outils électriques et de boîtiers de batteries pour lampes de mineurs.
Le faible retrait au moulage, la grande précision dimensionnelle et la bonne stabilité dimensionnelle du polycarbonate en font un matériau très précieux pour les composants de haute précision des ordinateurs, des magnétoscopes et des téléviseurs couleur. Son utilisation dans les téléviseurs repose principalement sur ses excellentes propriétés d'isolation électrique et d'auto-extinction. Des composants tels que le tube d'enroulement de la bobine du transformateur de balayage et des éléments du système de déviation, comme le couvercle de l'aimant de réglage transversal de la pureté des couleurs et le capuchon du système de déviation, peuvent tous être fabriqués en polycarbonate.
Le film en polycarbonate présente une transmittance lumineuse de 84 % à 90 %, une excellente isolation électrique, une grande stabilité dimensionnelle, une bonne résistance à l'abrasion, une résistance mécanique élevée, une stabilité aux UV, une résistance à la déchirure et une facilité de collage. Utilisable dans une large plage de températures, de -25 °C à 125 °C, il est largement employé comme film isolant pour l'électronique et l'électroménager, les corps d'électrodes, les condensateurs et les bandes magnétiques audio et vidéo couleur. En bureautique, il est utilisé pour les châssis et boîtiers de télécopieurs et de photocopieurs, les coques de téléphones portables et les compartiments de batterie de ces derniers.
Médical
Le polycarbonate est inodore, non toxique, non contaminant et stérilisable à la vapeur sous haute pression, ce qui le rend idéal pour la fabrication de contenants médicaux tels que gobelets, flacons et tubes, ainsi que de seringues, séparateurs de plasma, dialyseurs artificiels, robinets à trois voies et instruments chirurgicaux. Ces dernières années, le polycarbonate a également été utilisé pour la fabrication d'organes internes artificiels, comme les reins et les poumons artificiels.
Optiques
Le polycarbonate, dont la transmittance lumineuse atteint 85 à 90 %, se rapproche de celle du verre acrylique. Il présente une bonne résistance à la chaleur, supportant une température de service continue jusqu'à 120 °C. L'ajout d'absorbeurs d'UV lui confère une excellente résistance aux intempéries. De ce fait, son utilisation dans les équipements optiques et d'éclairage se développe rapidement, notamment pour la fabrication de lampes et de grands couvercles, tels que les couvercles de feux de signalisation, les couvercles antidéflagrants et les couvercles d'éclairage général.
Le polycarbonate (PC) a connu un développement rapide en tant que matériau de substrat pour disques optiques, et est largement utilisé pour la fabrication de CD-ROM. Les principales caractéristiques de performance du polycarbonate de qualité disque optique sont les suivantes :
- Haute pureté : Nécessite une transmittance lumineuse exceptionnellement élevée, qui est de 91.9 % à une longueur d'onde de 550 ~ 800 nm (pour une épaisseur de 6.2 mm).
- Bonne fluidité à l'état fondu : le débit de fusion (MFR) doit généralement être supérieur à 65 g/min.
Transports
Le polycarbonate sert à fabriquer des tableaux de bord, des téléphones, des poignées de porte, des optiques de phares et des pare-brise pour voitures et motos. Il est également utilisé pour les poignées de suspension et les buses de climatisation réglables dans les bus et les métros. Dans l'industrie aérospatiale, le polycarbonate est employé pour les pare-brise, les verrières de cockpit et d'autres composants des avions ; par exemple, un seul Boeing 747 utilise environ 2 2,500 composants en polycarbonate, soit près de deux tonnes de polycarbonate par appareil.
À propos de Getzshape
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