Les propriétés et les paramètres de traitement de moulage du polyphénylène éther (PPO)

Les propriétés et les paramètres de traitement de moulage du polyphénylène éther (PPO)

JE. Propriétés de base du polyphénylène éther (PPO)

Le polyphénylène éther (PPO), également connu sous le nom de poly 2,6-diméthyl-1,4-phénylène éther, est un plastique technique à haute résistance apparu dans les années 1960. Il est abrégé en PPO ou PPE et est également appelé polydiphényléther, polyphénylène oxyde ou polyphénylène éther. Il s'agit d'une résine thermoplastique d'une faible densité de seulement 1,06 g/cm³. Il possède d'excellentes propriétés complètes, une faible absorption d'humidité et des performances électriques supérieures, une résistance à la vapeur et une stabilité dimensionnelle. Cependant, sa fluidité à l’état fondu est médiocre, ce qui rend son moulage difficile. Dans les applications d’ingénierie, diverses formes modifiées de PPO sont utilisées.

1. Propriétés mécaniques

Le PPO présente d'excellentes propriétés mécaniques (voir tableau 1-1), avec une résistance à la traction de 80 MPa (à 23°C), surpassant les plastiques techniques tels que le polycarbonate, le polyacétal et l'ABS. La résistance et la rigidité du PPO ne diminuent que lentement avec l'augmentation de la température. Après avoir été bouilli dans l’eau pendant 7 200 heures, sa résistance à la traction, son allongement et sa résistance aux chocs ne présentent aucune diminution significative. La valeur de fluage du PPO est très faible, avec une valeur de fluage de seulement 0,5 % après 300 heures sous une charge de 14 MPa à 23°C ; de plus, la variation de la valeur de fluage est également minime avec l'augmentation de la température. Il peut être utilisé en continu dans une plage de température de -160 à -150°C.

Les propriétés mécaniques du polyphénylène éther modifié (PPO) sont proches de celles du polycarbonate (PC), avec une résistance à la traction, une résistance à la flexion et une résistance aux chocs élevées. Il présente une grande rigidité, une excellente résistance au fluage et conserve une résistance élevée sur une large plage de températures, avec un impact minimal de l'humidité sur sa résistance aux chocs. Les tableaux 1-2 et 1-3 répertorient certaines des propriétés du polyphénylène éther modifié.

2. Propriétés thermiques

L'éther de polyphénylène (PPO) a une résistance élevée à la chaleur, avec un point de fusion supérieur à 300°C, une température de décomposition supérieure à 350°C, une température de fragilité de -170°C, une température de résistance thermique Martin de 160°C, une température de résistance à la chaleur à long terme. température d'utilisation de 120°C, et une température de transition vitreuse de 205°C. La conductivité thermique est de 0,192 W/(m·°C) et le retrait au moulage est de 0,7 % à 0,9 %. Sa température de déformation thermique sous une charge de 1,82 MPa est de 174 °C, ce qui est supérieur aux autres plastiques techniques thermoplastiques tels que le polycarbonate, le polyacétal, le polyamide et l'ABS, et proche des plastiques thermodurcissables comme les résines phénoliques et polyester insaturées.

La plage de températures de fusion du PPO est large, la température de fusion maximale atteignant 267°C. Une fois refroidie, la masse fondue présente une structure complètement amorphe. Le coefficient de dilatation thermique linéaire du PPO est relativement faible, à 5,2×10^-5/°C, ce qui est plus proche du coefficient des métaux par rapport aux autres plastiques. Le PPO a une température de déflexion thermique élevée et ses propriétés rhéologiques à l'état fondu sont presque newtoniennes, ce qui signifie que la viscosité à l'état fondu ne diminue pas avec une augmentation du taux de cisaillement. Il en résulte une viscosité élevée et une mauvaise fluidité, nécessitant des températures de traitement très élevées (315°C), ce qui peut rendre le traitement difficile ou conduire à une consommation d'énergie excessive. Le PPO a de bonnes propriétés ignifuges et auto-extinguibles, et il ne subit pas de modifications chimiques après avoir été exposé à l'air à 150°C pendant 150 heures. Le PPO modifié a des propriétés thermiques légèrement inférieures à celles du PPO, mais il présente une large plage de températures de déflexion thermique.

3. Propriétés électriques

L'éther polyphénylène (PPO) ne contient pas de groupes hautement polaires dans sa structure moléculaire, ce qui signifie qu'il ne forme pas de dipôles. En conséquence, ses propriétés électriques sont très stables, conservant d'excellentes performances sur une large plage de températures et de fréquences (voir Tableau 1-4). La résistivité volumique du PPO peut atteindre 10 ^ 15 et n'est pratiquement pas affectée par l'humidité. La constante diélectrique et la tangente de perte diélectrique sont les plus faibles de tous les plastiques techniques et ne sont pratiquement pas influencées par la température et la fréquence. L'éther polyphénylène modifié possède toujours d'excellentes propriétés électriques.

4. Résistance chimique

L'éther polyphénylène (PPO) présente une excellente résistance à l'eau et n'est généralement pas affecté par les produits chimiques aqueux tels que les acides, les bases, les solutions salines et les détergents, que ce soit à température ambiante ou à la chaleur. Cependant, il présente une mauvaise résistance aux solvants ; les hydrocarbures aliphatiques halogénés et les hydrocarbures aromatiques peuvent faire gonfler ou dissoudre le PPO. Sous contrainte, il ne résiste pas aux hydrocarbures aromatiques, aux hydrocarbures halogénés, aux huiles, aux cétones et aux esters, et est sujet au gonflement ou à la fissuration sous contrainte. Dans l'acide sulfurique concentré à 85°C et sous une charge de 12 MPa, des fissures sous contrainte peuvent se produire. Il présente également une mauvaise résistance à l’oxydation. La résistance chimique du polyphénylène éther est présentée dans le tableau 1-5.

5. Applications du polyphénylène éther (PPO)

L'éther polyphénylène convient aux applications dans des environnements humides avec des charges, où une excellente isolation électrique, des propriétés mécaniques et une stabilité dimensionnelle sont requises. Dans l'industrie mécanique et électrique, il peut être utilisé pour fabriquer des engrenages, des roulements, des cames, des pièces pour machines de transport, des pales de turbine, des pales de soufflante, des composants de pompes à eau, des tuyaux pour l'industrie chimique, des vannes et des pièces d'ingénierie des eaux municipales. Il peut également remplacer l’acier inoxydable pour la production de divers équipements et composants chimiques. En raison de sa bonne résistance au fluage et à la relaxation des contraintes, ainsi que de sa haute résistance, le polyphénylène éther convient également à la fabrication de vis, de fixations et de pièces de connexion. De plus, ses propriétés électriques supérieures le rendent approprié pour une utilisation comme noyaux d'enroulement de moteur, rotors, boîtiers et pièces d'équipement électronique, ainsi que comme cartes de circuits imprimés haute fréquence. L'éther polyphénylène de qualité électrique, utilisé dans la gamme des ultra-hautes fréquences, peut être fabriqué dans des plaques de réglage de télévision, des isolations micro-ondes, des noyaux de bobines, des manchons de blindage de transformateur, des cadres de bobines, des sièges de tubes et des composants de système de déviation de télévision. L’éther polyphénylène pouvant résister à la stérilisation à la vapeur, il peut remplacer l’acier inoxydable dans les instruments chirurgicaux. De plus, les films d'éther de polyphénylène, en raison de leur résistance élevée à la chaleur et de leur bonne résistance mécanique, ont de larges perspectives d'application dans les industries électrique, mécanique, électronique, aérospatiale et aéronautique.

Actuellement, l'éther de polyphénylène modifié (PPO), largement utilisé dans les produits commerciaux, est fabriqué en le mélangeant avec du polystyrène à fort impact. Le PPO modifié possède d'excellentes propriétés de moulage et de traitement, avec un faible retrait au moulage, une bonne stabilité dimensionnelle, une faible absorption d'eau et une bonne résistance électrique et thermique. Il ne se décompose pas facilement lorsqu'il est exposé à l'eau chaude, résiste aux acides et aux bases, a une faible densité et peut facilement répondre aux normes ignifuges UL avec des retardateurs de flamme non halogènes. En tant que plastique technique important, le PPO modifié est largement utilisé dans divers domaines tels que les téléviseurs, les composants électroniques, les automobiles, les machines de bureau et les appareils électroménagers.

II. Moulage et traitement du polyphénylène éther (PPO)

Contrairement aux plastiques cristallins tels que le POM (Polyoxyméthylène) et le PA (Polyamide), le PPO est similaire au PC (Polycarbonate) en termes de bonne stabilité dimensionnelle. Le PPO ne subit pas de processus de cristallisation pendant le moulage et les contraintes internes résiduelles peuvent entraîner des fissures sous contrainte. Les conditions de moulage doivent donc être soigneusement prises en compte.

1. Caractéristiques de moulage et de traitement

L'éther polyphénylène a un point de fusion élevé, la température de fusion de sa partie cristalline atteignant 262-267°C. De plus, sa viscosité à l’état fondu est assez élevée en dessous de 300°C, ce qui pose des difficultés pour le moulage et le traitement du PPO. Les masses fondues de PPO et de PPO modifiées sont des fluides non newtoniens et la viscosité de la masse fondue dépend fortement de la température, diminuant linéairement avec l'augmentation de la température. Cette caractéristique de viscosité élevée et de faible fluidité nécessite l’utilisation de températures très élevées pendant le traitement, ce qui le rend difficile et gourmand en énergie.

Le retrait au moulage du polyphénylène éther (PPO) et du PPO modifié est très faible et reste essentiellement inchangé dans diverses conditions de moulage, ce qui est très avantageux pour la production de pièces moulées avec précision, et les problèmes d'éjection sont rarement rencontrés.

Le PPO a une faible absorption d’humidité et le matériau peut généralement être moulé sans séchage préalable. Cependant, si le processus de granulation à l'état fondu du matériau implique un refroidissement à l'eau, ou si le matériau est mal emballé, il peut adsorber une petite quantité d'humidité de l'air en raison de sa faible densité et de sa grande surface, en particulier dans le cas de la résine PPO en poudre. qui est plus enclin à absorber l’humidité. S'il n'est pas séché, cela peut entraîner la formation de stries argentées et la création de bulles à la surface des produits moulés pendant le processus de moulage. De plus, le séchage remplit également une fonction de préchauffage. Ceci est particulièrement bénéfique pour le moulage de produits de grande surface à parois minces, car cela peut améliorer le brillant de surface des produits finis. Le séchage peut se faire dans un équipement simple comme un four, et pour les matériaux d'une épaisseur de 50 mm, il suffit généralement de sécher à environ 107°C pendant environ 2 heures.

2. Moulage par injection

Les machines d'injection à piston ou à vis peuvent traiter le polyphénylène éther (PPO), les machines d'injection à vis étant généralement préférées. Il est nécessaire que le rapport longueur/diamètre de la vis soit supérieur à 15 et que le taux de compression soit compris entre 1,7 et 4,0 (généralement 2,5 à 3,5). Un profil de vis changeant progressivement est recommandé. La buse doit être du type droit, car elle présente moins de perte de pression par rapport à une buse à ouverture et fermeture automatiques et est moins susceptible de provoquer une rétention de matériau. Le moule doit être équipé d'un dispositif de chauffage et il doit y avoir un panneau isolant entre le moule et la plaque de la machine d'injection.

La température de moulage par injection du PPO est relativement élevée et, en fonction de la taille et de la forme du produit, la température du fût est généralement contrôlée entre 280°C et 340°C. Lorsque le volume d'injection représente 20 à 50 % de la capacité du fût, la température du fût peut atteindre 330°C sans provoquer de dégradation. Cependant, elle ne doit pas dépasser 340°C, car des températures supérieures à 340°C peuvent entraîner une dégradation du matériau et une réduction des performances ; des températures inférieures à 280°C peuvent entraîner une viscosité excessive du matériau, rendant son traitement difficile. La température de la buse est généralement légèrement inférieure à la température de la zone de fusion du cylindre de 10°C à 20°C pour éviter les fuites de matériau hors de la buse.

La température du moule doit être déterminée en fonction de facteurs tels que l'épaisseur du produit et la température du fût, généralement comprise entre 100°C et 150°C. Cette plage peut minimiser les contraintes, ce qui est bénéfique pour réduire la rugosité de la surface et remplir les sections à parois minces. Une température supérieure à 150°C peut facilement provoquer des bulles et prolonger le cycle de moulage ; des températures inférieures à 100 °C peuvent entraîner des contraintes résiduelles plus élevées et des défauts tels qu'un sous-remplissage et un délaminage.

L'éther polyphénylène (PPO) ne doit pas être conservé à des températures élevées pendant des périodes prolongées. Si le matériau reste dans le fût pendant plus de 2 heures, une décoloration et une dégradation peuvent se produire et le fût doit être nettoyé rapidement. Les déchets issus du moulage par injection de PPO peuvent être réutilisés plusieurs fois, généralement jusqu'à trois fois, sans diminution significative des propriétés mécaniques. Le tableau 2-1 répertorie les conditions du processus de moulage par injection pour certaines qualités de Noryl PPO.

3. Moulage par compression

Le moulage par compression peut être utilisé pour fabriquer du polyphénylène éther (PPO) en feuilles de différentes épaisseurs à l’aide d’une presse hydraulique. Lors de la compression de feuilles plus épaisses, il est nécessaire de les traiter à une température inférieure d'environ 10°C à la température d'utilisation pendant 24 heures pour éliminer les contraintes internes. Lors du moulage, il est important de s'assurer que la température de démoulage soit suffisamment élevée pour éviter que les tôles ne se fissurent. De plus, le démoulage immédiat des feuilles après leur sortie de la presse peut les faire coller au moule et un refroidissement soudain peut entraîner des fissures. Par conséquent, les feuilles doivent refroidir lentement jusqu’à une certaine température avant le démoulage.

Le processus de moulage par compression spécifique pour les stratifiés de tissu de verre PPO est le suivant :

(1) Préparation de l'adhésif : Dissoudre la résine PPO dans un solvant benzénique pour créer une solution avec une fraction massique de 10 % à 18 %. Chauffer et remuer à 60°C jusqu'à ce que la résine soit complètement dissoute, ce qui donne un liquide transparent.

(2) Revêtement : Traitez le tissu de verre de 0,1 mm d'épaisseur avec l'agent de couplage H151, puis plongez-le et séchez-le dans une machine de revêtement. Les températures de séchage sont de 100 à 110°C pour la couche supérieure, de 90 à 100°C pour la couche intermédiaire et de 70 à 80°C pour la couche inférieure. La vitesse d'enduction est de 0,5 m/min, avec une teneur en résine de 30 % à 40 % (fraction massique).

(3) Moulage : Coupez et empilez le tissu enduit sur une épaisseur d'environ 4 à 10 mm et formez-le sous chaleur et pression dans la presse. Commencez avec le moule à température ambiante, puis chauffez à 250°C et maintenez pendant 5 minutes, en appliquant une pression jusqu'à 6MPa d'un coup ; continuer à chauffer à 300°C et maintenir 1 heure ; puis refroidir à 180°C, et enfin refroidir avec de l'eau à température ambiante avant de démouler.

4. Moulage par extrusion

Le moulage par extrusion peut transformer l'éther de polyphénylène (PPO) en tiges, tuyaux, feuilles et revêtements de fils. L'extrudeuse utilise généralement une extrudeuse ventilée avec un rapport longueur/diamètre de la vis allant généralement de 20 à 24 et un taux de compression de 2,5 à 3,5. La vis adopte souvent une conception à profondeur équidistante mais inégale, la section de dosage ayant une profondeur appropriée. L'extrudeuse doit avoir une longue section droite au niveau de la filière pour s'adapter à la température de refroidissement plus élevée du matériau PPO pendant l'extrusion. Lors du moulage par extrusion, la température du fût est légèrement inférieure à celle utilisée lors du moulage par injection.

III. Avantages et applications du polyphénylène éther

L'éther polyphénylène (PPO) est un plastique technique présentant de nombreux avantages, dont les principaux avantages en termes de performances comprennent :

1. Excellente stabilité thermique : le PPO peut conserver ses propriétés physiques à des températures élevées, avec une large plage de températures d'utilisation à long terme, généralement entre -127°C et 120°C.

2. Bonne isolation électrique : le PPO possède des propriétés d’isolation électrique exceptionnelles et ses performances diélectriques se classent au premier rang parmi les plastiques.

3. Haute résistance mécanique : le PPO a une résistance élevée à la traction et aux chocs, et même après 200 traitements à la vapeur haute pression à 132°C, il n'y aura aucun changement significatif.

4. Résistance à l’eau et à la vapeur : le PPO a une bonne tolérance à l’eau et à la vapeur, avec un faible taux d’absorption d’eau.

5. Bonne stabilité dimensionnelle : le PPO présente une bonne stabilité dimensionnelle lors d’une utilisation à long terme et n’est pas sujet au fluage.

6. Résistance chimique : le PPO résiste à la corrosion par une variété de produits chimiques, notamment les acides inorganiques, les bases et certains solvants organiques.

7. Ignifuge : le PPO est auto-extinguible et est considéré comme un matériau ignifuge, ce qui le rend adapté aux applications où la sécurité incendie est une préoccupation.

8. Performances de traitement : le PPO est facile à traiter et peut être formé par des méthodes telles que l'extrusion, le moulage par injection et le moulage par compression.

Les domaines d’application du polyphénylène éther (PPO) sont très étendus et comprennent principalement :

1. Industrie électronique et électrique : utilisé pour la fabrication de connecteurs, de noyaux de bobines, de douilles de tubes, d'arbres de commande, de manchons de blindage de transformateur, etc.

2. Industrie automobile : Utilisé pour la fabrication de tableaux de bord, de pare-chocs, de calandres, de grilles de haut-parleurs, etc.

3. Dispositifs médicaux : En raison de sa résistance à l’hydrolyse, à la vapeur et à la chaleur, le PPO peut être utilisé pour fabriquer des dispositifs médicaux et des équipements de stérilisation.

4. Secteur aérospatial : utilisé pour la fabrication de composants structurels légers et de matériaux fonctionnels.

5. Appareils électroménagers : Utilisé pour les pièces de téléviseurs, de climatiseurs, de fours à micro-ondes et d’autres appareils électroménagers.

6. Matériel de bureau : utilisé pour les boîtiers et les composants des ordinateurs, imprimantes, télécopieurs et autres appareils de bureau.

7. Machines industrielles : utilisées pour les pièces de pompes, de soufflantes, de vannes et autres machines industrielles.

8. Nouveau secteur énergétique : utilisé comme matériaux de stockage d’énergie, matériaux d’isolation et matériaux de batterie, etc.

En raison de ses excellentes propriétés globales, le PPO est devenu l’un des cinq principaux plastiques techniques à usage général et joue un rôle important dans diverses industries.

IV. Conclusion

En conclusion, l'oxyde de polyphénylène (PPO) est un plastique technique de haute performance connu pour ses diverses excellentes propriétés, ce qui le rend très apprécié dans de nombreuses industries. L'adaptabilité du PPO à diverses températures et son caractère ignifuge en font un choix idéal pour les applications nécessitant des exigences élevées en matière de sécurité incendie. En plus de cela, Le PPO peut être combiné avec le retardateur de flamme au phosphore rouge FRP-950X de YINSU Flame Retardant Company pour les solutions ignifuges HIPS.

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