On considère souvent les plastiques comme des matériaux très sensibles et peu résistants aux températures élevées, pensant à tort que tous les plastiques fondent dès qu’ils sont exposés à une source de chaleur. C’est faux ; il existe une vaste gamme de plastiques, dit de haute performance, dotés d’une résistance thermique allant jusqu’à 500 °F en continu. Dans cet article, nous vous présentons nos 5 plastiques les plus performants de cette catégorie ainsi que leurs applications respectives.
« Bien que plusieurs plastiques soient limités quant à la résistance à la chaleur, il existe un éventail de plastiques qui sont performants même à des températures très élevées. »
Alex Tremblay Frenette, Ing.
Des plastiques qui résistent à la chaleur, mythe ou réalité ?
Contrairement à ce qu’on peut penser, plusieurs polymères possèdent des températures de fusion très élevées et sont conçus pour opérer dans des conditions extrêmes. En d’autres mots, ils peuvent être exposés à de fortes sources de chaleur sans perdre leurs propriétés mécaniques, offrant une marge de manœuvre intéressante et ouvrant la porte à des applications hautement spécialisées.
Top 5 des plastiques résistants à la chaleur
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PTFE ou téflon (polytétrafluoroéthylène)
Mieux connu sous le nom de PFTE ou sous le nom commercial de « Téflon », le polytétrafluoroéthylène est un matériau doté d’impressionnantes propriétés, le plaçant parmi les plastiques les plus polyvalents. Le PFTE possède d’ailleurs un coefficient de friction se situant entre 0,05 et 0,10, le plus bas de tous les plastiques. Une propriété intéressante qui s’ajoute à sa grande résistance à la chaleur. Si vous désirez en apprendre plus sur la réduction de la friction, cliquez ici.
Le PTFE est un plastique prisé pour son impressionnante résistance thermique, même sous sa forme vierge, c’est-à-dire sans additifs ou charges plastiques. Il peut être exposé à des températures allant jusqu’à 500 °F (260 °C) en continu sans que ses propriétés mécaniques soient affectées négativement. En plus de résister à la chaleur, ce polymère résiste aussi aux produits chimiques, demeurant inerte lorsqu’il entre en contact avec des acides, des produits nettoyants agressifs ou des agents corrosifs. Le PTFE combine un amalgame de propriétés qui en font un excellent choix de matériau pour des environnements où chaleur, produits chimiques et friction sont présents. De plus, il est offert en grade alimentaire.
Et qu’en est-il du PTFE avec additifs ?
Les additifs sont des substances que l’on peut ajouter à la résine de base d’un polymère pour moduler les propriétés finales du plastique. Dans le cas du PTFE, il est aussi offert avec des additifs améliorant certaines de ses propriétés.
PTFE Graphite : L’ajout de graphite permet de grandement améliorer les propriétés mécaniques, notamment en augmentant la résistance à l’usure.
PTFE Carbone : Cette version chargée de carbone permet au PTFE d’être plus résistant à la compression et à l’usure, en plus de lui conférer des propriétés antistatiques.
PAI (polyamide-imide)
Le polyamide-imide ou PAI est un matériau de pointe pouvant s’adapter aux environnements les plus exigeants. Ce plastique rigide est doté de propriétés mécaniques qui surpassent celles de bien des métaux, même sous sa forme vierge. Fréquemment utilisé dans des environnements où la température atteint des chaleurs extrêmes, il conserve ses propriétés et performe même à des températures de service continu pouvant atteindre 518 °F (270 °C). Le PAI possède aussi une excellente stabilité dimensionnelle par sa grande résistance à la compression, aux impacts et au fluage.
PEI (polyétherimides)
Les polyétherimides sont une famille de plastiques de haute performance dotés d’excellentes propriétés thermiques. L’ULTEM® est de loin le PEI le plus fréquemment utilisé. Facile à reconnaître par son aspect translucide de couleur ambrée, ce plastique de haute performance est utilisé pour des applications de pointe dans l’industrie chimique, dans la production de composantes électriques et dans les domaines alimentaires et médicaux.
Combinant une excellente résistance chimique et thermique, le PEI est parfaitement adapté aux applications le mettant en contact avec des produits hautement corrosifs et où les températures de service peuvent atteindre 340 °F (171 °C). Ce polymère de performance tolère aussi les nettoyages agressifs et les cycles de stérilisation fréquents.
PEEK (Polyétheréthercétone)
Le polyétheréthercétone, communément appelé PEEK, est le fruit de recherches, de développement et d’avancées technologiques. Il s’agit sans aucun doute d’un des polymères les plus complets en matière de propriétés. Doté d’une excellente résistance mécanique et chimique, il demeure performant et conserve ses propriétés, même lorsqu’exposé à des températures de 482 °F (250 °C) en continu. Grâce à son grade alimentaire et à sa tolérance aux cycles de stérilisation, le PEEK est fréquemment utilisé par l’industrie médicale ainsi que par les industries où les contraintes exigent les matériaux les plus performants qui soient.
Le PEEK est disponible sous sa forme vierge ainsi que celle contenant des additifs tels le verre, le carbone et le graphite.
UHMW à haute résistance thermique
Cette famille de matériaux est reconnue pour sa grande polyvalence. Combinant des propriétés mécaniques avantageuses et une bonne résistance à l’usure, les UHMW permettent de répondre à une multitude de besoins (revêtements antifriction, bandes d’usure, pièces mécaniques et bien plus). Cependant, on pense rarement aux UHMW pour des pièces qui résistent à la chaleur. Cette idée est toutefois injuste puisqu’il existe des UHMW spécifiquement développés pour résister à de hautes températures. Le meilleur exemple est le UHMW TIVAR H.O.T, un matériau qui possède toutes les propriétés mécaniques des UHMW courants, mais qui demeure performant même lorsqu’exposé à des températures de 275 °F (135 °C) de façon continue.
Les applications
Puisque ces plastiques de haute performance offrent des avantages tels que la légèreté, la résistance chimique, la résistance à la chaleur et la réduction de la friction, leurs champs d’applications sont extrêmement variés.
Industries ayant recours aux plastiques à haute résistance thermique :
- Médicale et pharmaceutique
- Alimentaire
- Aviation et aérospatiale
- Électronique
- Manufacturière
Exemples d’applications :
- Coussinets et roulement à billes
- Pièces mécaniques
- Instruments de laboratoire et instruments médicaux
- Composantes de machineries alimentaires
- Revêtements résistant à la chaleur
- Valves et pompes
- Pièces et composantes de convoyeurs
Et qu’en est-il du froid ?
Pour un matériau devant performer dans des environnements à très basse température, la résistance au froid est souvent essentielle. Cependant, il faut considérer qu’un plastique qui résiste à la chaleur n’est pas nécessairement adéquat pour de basses températures. Dans ce cas, il sera judicieux d’opter pour un plastique de performance qui tolère de grands écarts de température. Certains matériaux proposés dans cet article sont d’ailleurs d’excellents choix pour des utilisations à très basses températures puisqu’ils offrent une large plage de températures de service.
Le PTFE est un parfait exemple de plastique qui s’adapte aux températures extrêmes, autant froides que chaudes. Comme nous l’avons mentionné précédemment, il peut opérer dans des températures de service allant jusqu’à 500 °F (260 °C), mais peut aussi tolérer des températures aussi basses que -328 °F (-200 °C).
Le PEI est aussi une bonne solution pour des pièces ou composantes devant subir d’importants écarts de température. Bien que sa résistance à la chaleur soit inférieure à celle du PTFE, il n’en demeure pas moins que l’ULTEM peut opérer à des températures très basses.
