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LES PLASTIQUES TRES TECHNIQUES 19 juin 2012 – Dijon
Evènement CFP
1 19/06/2012
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Le positionnement des polymères haute performances PA46 PPA, PPS, PAEK, PES, PEI, PPSU, PI, LCP :
Choix de polymères selon les critères du cahier des charges,
- innovations entre-autres grâce aux nanocharges, perspectives d’applications, …
2 19/06/2012
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Ronald HOPP Gérant / Managing Director EXPERT BUSINESS Development Expert en application des matières très techniques Phone: +33 4 72 02 35 66 [email protected] www.expert-business-development.com
Introduction Les matières PA46 PPA, PPS, PAEK, PES, PEI, PPSU, PI, LCP - Les matières, les propriétés, les applications du marché - Choix de matière selon les critères du cahier des charges - Innovations matières (fibres, nano-charges) - Perspectives d’applications
3 19/06/2012
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4 19/06/2012
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Evolution de la production mondiale des matières plastiques
Source PlasticsEurope 2012
Les matières, les propriétés, les applications du marché
5 19/06/2012
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Capacité de production des thermoplastiques techniques (estimatif, non-exhaustif)
Polyaryletherketon PAEK (PEK, PEEK) Capacité mondiale : environ 6000 to/y Victrex 4250 to/y, Solvay 580 to/y, Evonik 1000 to/y, Arkema ( ? to/y) Production : 2750 to/y (2008) Répartition : Europe 46%, Amérique 44% dont l‘industrie dispose d‘une répartition de 40%, suivi par l‘automobile de 27%, l‘aéronautique semi-conducteur de 18%, le médicale de 11% Polyarylsulfone (PSU,PESU=PES, PPSU) Capacité mondiale : 40000to/y Production : 35000to/y (2006) Fabricant : BASF, Solvay, Sumitomo
Source www.kunststoffe.de Édition 10/2012
Les matières, les propriétés, les applications du marché
6 19/06/2012
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Capacité de production des thermoplastiques techniques (estimatif, non-exhaustif)
Polyetherimide (PEI) Capacité mondiale : 15000to/y Production : 10000to/y (2006) Fabricant : Sabic Polyphenylensulfid (PPS) linéaire Capacité mondiale : environ 65000 to/y (2010) 100000to/y (2015) Ticona 15000to/y, Chevron Philips 15000 to/y, Toray 14000 to/y, DIC 15000 to/y, Kurea 10000 to/y, Deyang 8000 to/y, Tosoh 2300 to/y Production mondial résine : 61500 to/y (2008) Europe résine: 14500 t/y (2008) Europe compound : 23300 to/y (2008) Répartition en Europe : Automobile 13000 to/y, E&E 5000 to/y, Industrie 3100 to/y, autres 2200 to/y La plupart des applications en Europe sont réalisées avec le PPS de Ticona et de Chevron Phillips (50/50) Source www.kunststoffe.de
Édition 10/2012
Les matières, les propriétés, les applications du marché
Le niveau de prix, chargé FV 30% (tendanciel, estimatif, sans engagement, par approvisionnement d’une
tonne)
PA46 <-- 6,00 au 8,00 €/kg --> PPS <-- 6,00 au 8,00 €/kg --> PPA <-- 6,00 au 8,00 €/kg --> PARA (PAA) <-- 7,00 au 9,00 €/kg --> PES/PSU <-- 12,00 au 25,00 €/kg --> PPSU <-- 30,00 au 60,00 €/kg --> PEI <-- 20,00 au 25,00 €/kg --> PEEK <-- 50,00 au 65,00 €/kg --> LCP <-- 20,00 au 25,00 €/kg --> PAI <-- 20,00 au 25,00 €/kg --> TPI <-- 150,00 au 180,00 €/kg -->
7 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les volumes matières thermoplastique en France (estimatif, non-exhaustif)
à partir de son niveau prix d‘achat du granulé > 5€/kg HT Volume (t) : 8.000 – 12.000 to/y (2003) avec progression Evolution du marché des polymères Hte performance de 2003 au 2008 - PEEK (Victrex) environ 80 to environ 100 to - PPS linéaire environ 3.500 to environ 4.000 to - PES, PPSU, PSU environ 2.000 to environ 3.000 to
8 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les principales applications du marché selon les propriétés intrinsèques du polymère sont: Soit pour répondre à une exigence de température élevée de 150°C à 260°C en continu (marché automobile, aéronautique, moteur thermique, industrie environnement chaleur etc…) Soit pour des propriétés spécifiques tels que: - faible densité, feux-fumé, V0, (PEI, PEEK..) aéronautique, militaire - biocompatibilité ISO/USP, FDA (PEEK, PPSU, PES, PEI …) médical, alimentaire - coloration, haute fluidité (PA46, LCP, PPS, PEEK….) médical, codage - résistance à l’usure (PA46, PEEK, PPA, PAI….) pièce de frottement - faible retrait de la matière (PEI, PES, PPSU/PSU …) - sollicitations mécaniques / choc etc… (PA46, PEEK, PPA…)
9 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
10 19/06/2012
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PP
PE
PPE
PMMA
PS
ABS
SAN
PC
6-3-T
PA 46
PA 6/6T
PET PBT
POM
PMP
PA 12
PA 11
PA 66
PA 6
PBI
PI
PAI
PES
PPSU
PEI
PSU
PPP
PC-HT
PEK
PEEK
LCP
PPS
PTFE PFA
EFTE
PCTFE
PVDF
TPI
Structure amorphe Structure cristalline
PPA
100°C
150°C
350°C
PARA
Deux structures pour les matières thermoplastiques: amorphe: structure moléculaire non organisée cristalline: structure moléculaire organisée
Ces deux structures peuvent coexister en proportions variables, le polymère correspondant est dit semi-cristallin, caractérisé par un taux de cristallinité. La présence de cristallinité dans les matériaux capables de cristalliser (tels le PA, PPS, PAEK) dépend beaucoup de leur histoire thermique et donc des conditions de mise en œuvre utilisées pour fabriquer l'objet moulé.
11 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
12 19/06/2012
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Le point de transition vitreuse (Tg) La température de transition vitreuse (Tg) correspond à la rupture des liaisons faibles intercaténaires (van der Waals) dans la phase amorphe. Elle est toujours inférieure à la température de fusion (Tf) Tg PA46 : 80°C PPA : 110 au 125°C PPS : 90°C PAEK : 143 au 170°C PSU/PPSU/PES : 190, 210, 220°C PEI : 217°C TPI : 250°C PAI : 275°C
Les matières, les propriétés, les applications du marché
13 19/06/2012
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Module de flexion en fonction de la température - schématisé MPa
°C
Taux de 30 à 40% de Fibres de Verre
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
PPA
PEEK
PA46
PAI
TPI
PES
PPS
PPSUet PEI
PSU
Les matières, les propriétés, les applications du marché
14 19/06/2012
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Comparaison de matières semi-cristallines et amorphes:
4 questions pour résumer:
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15 19/06/2012
cristalline
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Quelle type de plastique a une bonne tenue mécanique en température jusqu’au point de fusion ? (cristalline ou amorphe)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
16 19/06/2012
amorphe
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Quelle plastique a un faible retrait, utilisation uniquement jusqu’au niveau de la Tg ? (cristalline ou amorphe)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
17 19/06/2012
cristalline
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Quelle plastique a une bonne résistance mécanique sous contrainte, flexion / traction alternée ? (cristalline ou amorphe)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
18 19/06/2012
cristalline
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Quelle plastique a une bonne résistance à l’abrasion / coefficient de frottement faible ? (cristalline ou amorphe)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
19 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Fabricant: DSM Le PA46 - nombre d'atomes de carbone de la diamine et du diacide Les grades Stanyl® sont fondés sur le polyamide 46, matériau à cristallinité élevée dont la température de fusion est de 295°C. Rigidité. Grâce à son haut degré de cristallinité, le Stanyl® conserve en grande partie sa rigidité à des températures proches de son point de fusion. Usure et friction Le Stanyl® possède une excellente résistance à l’abrasion (ou l’usure) Stanyl High Flow ® Les grades Stanyl High Flow® peuvent remplacer les LCP Effets de l’humidité Comme tout autre polyamide, le Stanyl® absorbe l’humidité réversiblement
20 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
source
21 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Le PA46 – applications du marché Automobile système turbo / AGR corps, boîtier, couvercle tendeur de chaîne • haute résistance à l’usure • faible coefficient de frottement
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22 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Le PA46 – applications du marché Automobile systèmes moteurs électrique / start / stop • Corps de bobine • Porteur balais • Système de connexion • engrainage
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23 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Le PA46 – applications du marché Electrique LED corps, boîtier • Conducteur thermique • Remplacement du métal
Transmission Engrainage / Embrayage roue, pignon / rondelle de fixions cage de roulement • Faible coefficient de dilatation thermique • Propriétés mécaniques élevées par CF Fournisseur: DSM www.dsm.com
source
24 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Matière semi-cristalline Tg supérieur des Polyamides (115 à 125°C) Moins de reprise d’humidité que les PA, de nombreuses applications pour le remplacement des métaux. Fabricants: Arkema Rilsan® HT (PPA) BASF PA6.6T Ultramid® EMS Grivory ® HT Evonik Industries VESTAMID® HTplus (PPA) Polyone Edgetek™ (PPA) Solvay Amodel® polyphthalamide (PPA), IXEF ® polyarylamide (PAA)
25 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Marché automobile / transport
Source EMS, Grivory HTV-5H1
support phare « mobile »
Source EMS, Grivory HTV-5H
Tachograph housing
26 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Marché automobile / transport
Source EMS, Grivory HTV-6H
Support colonne de direction
Clés housing
Source BASF, Ultramid® T KR
D’autres applications: Embrayage, répartiteur d’air Système AGR, actuateurs, filtre à air, à l’huile Système d’engrainages
Source Solvay IXEF®
Support retroviseur
27 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Marché sport / loisir / confort / bâtiment / jardinage
Système freinage vélo
Source Solvay Ixef®
système cache porte extérieure
système rasoir
28 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Marché alimentaire / médical
Source EMS, Grivory HT1V-4FWA
29 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Les Polyarylamides (PARA), les Polyphtalamides (PPA), les PA 6.6T (non-exhaustif)
Marché électrique / électronique / industriel
source PolyOne
source EMS Grivory GV-6H
D’autres applications: corps de pompe, vanne, valves, palier, couvercle PPA résistant à l’eau chaude, Stabilisé à l’hydrolyse Rupture de flexion > 500MPa (CF)
Hydraulique / pneumatique
Disjoncteur
source Solvay Amodel
source EMS Grivory GV-6H
30 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide est un polymère semi-cristallin thermostable, linéaire ou réticulé. (non-exhaustif)
Le PPS est destiné à l’extrusion, soufflage ou à l’injection • Excellente stabilité dimensionnelle, faible retrait utilisable même à très haute
température (240°C) • remarquable stabilité thermique • haute rigidité et bonne résistance au fluage • matière très fluide, faible épaisseur pièce • ininflammable UL94, VO • très peu de reprise d’humidité • excellente résistance chimique (solvants etc…) • Surface sans fibre • Quelques grades conforme ISO 10993, USP Class VI, FDA
31 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide est un polymère semi-cristallin thermostable, linéaire ou réticulé. (non-exhaustif)
Le PPS est destiné à l’extrusion, soufflage ou à l’injection Précautions • Pression d’injection élevée • Bonne qualité du moule (attention aux bavures) • Moule très chaud (150°C – 170°C)
• Faible ductilité, limité en élasticité - matière modifiée choc existe - conception anticipée
Fabricants marché en Europe: Ticona Fortron® PPS, Philipps Ryton® PPS , Albis Plastic Tedur® Toray / J&A Plastics
32 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide Marché électrique / électronique / industriel
Support et pièces Visio-projecteur
Cadre mobile téléphone
Application à l’eau
Système connectique + roue à l’aube
33 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide Marché alimentaire / médical
Applications médicales Fortron® source Ticona
pince
dispenser
34 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide Marché automobile / transport
Applications fluide Essence , Fortron® Source Ticona
35 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide Marché automobile / transport
Applications eau chaude système thermique Fortron® source Ticona
Applications steering Fortron® source Ticona
Applications thermo-housing Fortron® source Ticona
36 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
PPS, Poly(sulfure de phénylène) ou polyphénylène sulfide Marché électrique / électronique
Applications support lampe Fortron®, source Ticona
micro-switches Fortron®, source Ticona
37 19/06/2012
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Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
Le groupe du PAEK est un thermoplastique semi-cristallin thermostable qui est utilisé dans l’environnement de haute température d’industrielle ou dans le secteur médical. Le groupe PAEK est destiné à l’extrusion ou à l’injection, en tant que tissu ou en revêtement. Le groupe de PAEK est composé du: PEK PEEK PEKK PEEKK PEKEKK (polyéthercétonéthercétoncétone)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
38 19/06/2012
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Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
Matière semi-cristalline Tg supérieur des Polyamides, PPS (à partir de de 143°C) • grande stabilité thermique (Tcontinu: 250 / 260 °C) • bonne résistance à la fatigue • grades hautes fluidités disponibles • ininflammable UL94, VO • très peu de reprise d’humidité • excellente résistance chimique • biocompatible conforme ISO 10993 USP Class VI, Class IV (GF, CF, coloré)
• grades implantable
Les matières, les propriétés, les applications du marché
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 100 200 300 400 500
PEEK (Tg143°C)
PEEK (Tg157°C)
T °C
Module de flexion en fonction de la température – schématisé, chargé FV 30%
MPa
39 19/06/2012
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Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
Fabricants: VICTREX® PEEK (Tg 143°C) VICTREX® HT (Tg 157°C) VICTREX® ST (Tg 162°C) ARKEMA OXPEKK® OXPEKK-C Tg 162°C, OXPEKK-SP Tg 155°C, PEEK Tg 142 °C, PEK Tg 155°C ARKEMA KEPSTAN ® KEPSTAN® 6000, 7000, 8000 EVONIK, VESTAKEEP® VESTAKEEP® PEEK, VESTAKEEP® Ultimate SOLVAY KetaSpire® PEEK, AvaSpire® PEEK
Les matières, les propriétés, les applications du marché
40 19/06/2012
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Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
PEEK, les distributeurs & compoundeurs (non-exhaustif)
Arkema – Evonik – Solvay – Victrex (producteur)
- Ensinger, www.ensinger.ltd.uk/index
- Lati, www.lati.com
- L&V, Lehmann&Voss, www.lehvoss.de
- RTP, www.rtpcompany.com
- SABIC, www.sabic-ip.com, Stat-kon®, THERMOCOMP®
- Velox, www.velox.com, OXPEKK®, KEPSTAN®
- Witcom, www.witcombv.nl/en
Les matières, les propriétés, les applications du marché
41 19/06/2012
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Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
Les matières, les propriétés, les applications du marché
Marché automobile / transport: Transmissions / Boite de vitesse (PEEK+CF+PTFE) • Moteur (PEEK nature autolubrifiants, renforts GF, CF) • Capteur (PEEK + CF) • Amortisseurs (PEEK + GF) • Embrayage (PEEK + GF + CF + autolubrifiants) • Actionneurs (PEEK + GF) • Climatisation (PEEK + GF, CF) • Engrenages (PEEK + GF)
aéronautique
Automobile, embrayage
Source L&V LUVOCOM®
42 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Marché médical: Dentaire, diagnostique, chirurgie
Source L&V LUVOCOM®
Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
Le PEEK est très utilisé dans le secteur médical (produits réutilisables): Résistant à la stérilisation et à l’autoclave, ETO, rayons gamma. Pas de détérioration de la surface (PEEK teinté dans la masse, colorant organique)
43 19/06/2012
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Marché électrique / électronique:
Source VP Plast
Micro-injection, à partir de 0,1g
Famille de polyaryléthercétone PAEK (non-exhaustif)
44 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
est un polymère amorphe thermostable, destiné à l’extrusion et à l’injection. • thermoplastiques à hautes performances • stabilité thermique élevée sans perte de propriétés mécaniques et électriques • hautes ténacité • haute rigidité et résistance à la vapeur d'eau • transparence variable suivant les types des polymères Marché principal: PES: automobile, électrique, en contact avec de l’eau, médical PSU, PPSU: médical et alimentaire, en contact avec de l’eau, ménager
45 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
Les fabricants: - BASF’s Ultrason® (PES =E, PSU=S, PPSU=P) - Solvay Udel ® polysulfone (PSU) - Solvay Radel ® polyphenylsulfone (PPSU) - Solvay Veradel ® polyethersulfone (PES) - Sumitomo®, PES ou Blend avec LCP
46 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® E, Solvay Veradel ® polyethersulfone (PES) • excellente stabilité dimensionnelle • faible retrait (0,6%) • T utilisable en continu 180°C (à court terme max 205°C) • remarquable stabilité thermique • haute rigidité et bonne résistance au fluage • ininflammable UL94, VO • très peu de reprise d’humidité • stable à l’hydrolyse
E=PES, S=PSU, source BASF
47 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® E, Solvay Veradel ® polyethersulfone (PES) Le marché:
alimentaire, FDA
automobile
éclairage
sécurité
médical
source BASF
48 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® S, Solvay Udel ® polysulfone (PSU) • excellente stabilité dimensionnelle • faible retrait (0,75% ) • T utilisable en continu 180°C (à court terme max 205°C) • remarquable stabilité thermique • haute rigidité et bonne résistance au fluage • ininflammable UL94, VO • très peu de reprise d’humidité • stable à l’hydrolyse • métallisation électrolytique excellente • conforme FDA • résistant aux rayon gamme et rayon x (roentgen)
49 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® S, Solvay Udel ® polysulfone (PSU) Le marché:
source BASF
Alimentaire, FDA
Electrique / électronique
50 19/06/2012
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® P, Solvay Radel ® polyphenylsulfone (PPSU) • excellente stabilité dimensionnelle • faible retrait (0,70% ) • remarquable stabilité thermique • résistance exceptionnelle à l’hydrolyse • ténacité élevée • très peu de reprise d’humidité
51 19/06/2012
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La famille de polyarylsulfone PES, PSU, PPSU (non-exhaustif)
BASF’s Ultrason® P, Solvay Radel ® polyphenylsulfone (PPSU) Le marché:
source Solvay
médial, sanitaire
52 19/06/2012
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La famille d’imide TPI, PI (non-exhaustif)
Famille de polyimide Type de polyimide Réactifs
Polyimides non réticulés Polyimides linéaires (PI) Deux monomères
Polyimides thermoplastiques (TPI)
Un ou deux monomères et un pré-polymère
Polyimides réticulés (thermodurcissables)
Polybismaléimides (BMI) Un monomère et un agent réticulant
Polyimides PMR (Polymerization of Monomeric Reactants)
Deux monomères et un agent réticulant
aliphatiques ; semi-aromatiques ; aromatiques : les plus largement utilisés en raison de leur caractère thermostable. Selon les réactifs utilisés pour leur synthèse, les polyimides peuvent être : Source Solvay
http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyimide
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide thermoplastique TPI (non-exhaustif), PEI et PAI
Ultem ® Polyetherimide (PEI) Fournisseur: (GE) Sabic est un polymère amorphe thermostable, destiné à l’injection. • thermoplastiques à hautes performances thermique (Tg 217°C), en continu 170°C • très faible retrait (PEI de 0,15%) • Conforme norme feux-fumé aéronautique, VO • Faible densité 1,27g/cmq • haute rigidité et résistance à la vapeur d'eau, stable à la hydrolyse • transparence variable suivant les types des polymères • Conforme FDA • Résistant aux rayons gamma Marché principal: PEI: aéronautique, militaire, espace, électrique, médical, alimentaire
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide thermoplastique TPI (non-exhaustif)
Ultem ® Polyetherimide (PEI) Le marché:
Source Ultem®, Sabic
Pharmaceutique Source L&V LUVOCOM®
Les applications du marché: PEI: aéronautique, militaire, espace, électrique, médical, alimentaire
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide thermoplastique TPI (non-exhaustif)
Torlon® Polyamide-imide (PAI) Fournisseur: Solvay est un polymère amorphe thermostable, destiné à l’injection. • thermoplastiques à hautes performances Tg 275°C • T d’utilisation en continu jusqu’à 200°C • Haute stabilité dimensionnelle • pièces à recuire de 17 au 23 jours Marché principal: PAI: haute température frottement remplacement métal
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°C
Temperature
Tensile strength
Source Solvay
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide thermoplastique TPI (non-exhaustif)
Torlon® Polyamide-imide (PAI) Le marché: Diversité
Embrayage, rondelle de friction
Aéronautique, composants
TORLON® 5030 Source Solvay Industrie, boitier de bobine
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide PI (non-exhaustif)
PI, Polyimide linéaire, deux monomères Fabricants: Du Pont Vespel ®, Aurum ® (Tg 250 Tm 388°C)
densité est voisine de 1,4 g/cmq bonne résistance mécanique : chocs, usure, fluage, frottements, etc. ; thermique :
• Tg supérieure à 200 °C, • Ts : aucune • température de dégradation pouvant atteindre 400 °C, • faible coefficient de dilatation, d'où un faible retrait au moulage, • bonne résistance au feu;
chimique : huiles, graisses, liquides frigorigènes, kérosène, solvants chlorés ; électrique : isolants (faible coefficient diélectrique) ; aux radiations : utilisation dans le domaine du nucléaire
http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyimide
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide PI (non-exhaustif)
PI, Polyimide linéaire, deux monomères Fabricants: Du Pont Vespel ®, Aurum ® (Tg 250 Tm 388°C)
Malgré les nombreuses propriétés déjà citées, les polyimides souffrent encore de certaines limitations voire inconvénients : • mise en œuvre difficile car ils sont infusibles et insolubles (excepté dans l'acide
sulfurique concentré) ; • mauvaise résistance chimique aux acides minéraux concentrés, aux bases, aux
agents oxydants et en présence d'eau bouillante. Secteur de point: aérospatiale : pièces de réacteurs électronique : circuits imprimés câbles flexibles, isolation, mécanique : supports et engrenages http://fr.wikipedia.org/wiki/Polyimide
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
La famille d’imide TPI , PI(non-exhaustif)
PI (Polyimide) linéaire, deux monomères Fabricant: Rhodia KINEL® SK4525 S5 FV 60%, SABIC Innovative Plastics IP BV • très bonne stabilité thermique, Température d'utilisation en continu de 220°C • faible dilatation thermique, proche de celle des métaux. • fluage faible, même à haute température • bonne stabilité des propriétés électriques • bonne tenue chimique, résiste bien aux solvants organiques, aromatiques,
chlorés, aux huiles, au kérosène, résiste bien aux acides faibles • résistant aux radiations de haute énergie, est infusible Le KINEL ® est sensible à l'hydrolyse, tenue limitée à la lumière Marché: aéronautique, spatiale
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Le polymère à cristaux liquide (LCP) (non-exhaustif) Fournisseur: TICONA, Vectra® LCP, Solvay Xydar® est un polymère à cristaux liquides, cristalline, destiné à l’injection. • thermoplastiques avec haute fluidité, injection paroi mince • cycle process très rapide • grand résistance mécanique dans le sens d’écoulement • excellente résistance au gauchissement • bonne ténacité • bonne résistance à température élevée, à court terme 300°C • conforme FDA, biocompatibilité Marché principal: électrique, électronique, médical, micro-injection
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Les matières, les propriétés, les applications du marché
Source VP Plast
Le polymère à cristaux liquide (LCP) (non-exhaustif) Le marché: électrique / médical / connection
Micro-injection, à partir de 0,1g
Marché dentaire
connecteurs
Marché medical diagnostique
Source Ticona
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La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
PA46/PPA carbone autolubrifié
La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique, PPS, PAEK PES PAI, LCP
Graphite-Composite
Graphite est plus résistant à haute température et fournit également une meilleure isotropie de retrait. Graphite améliore en plus le comportement en pression de surface.
Compte tenu les exigences tribologies le graphite est favorablement à utiliser dans les environnements humides.
Application : environnement humide, pression surface élevé
Source L&V LUVOCOM®
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique, PPS, PAEK PES, PPSU, PSU, PEI, PAI, LCP
Source L&V LUVOCOM®
Fibres de carbone
Augmentation valeur p*v en combinaison avec PTFE, graphite
Moins agressive en frottement (ensimage en graphite) Résistance à l’usure contre métal doux (alu, inox
etc …) Comparaison fibres de carbone par rapport aux fibres de verre : Performance double en module d’élasticité traction/
flexion Meilleur stabilisation dimensionnelle à la température Réduction coefficient de dilation thermique linéaire Conductibilité thermique (dégagement calorique) Conductivité électrique (sens antistatique) Retrait isotrope en combinaison avec d’autres fibres Prix élevé
2 procédés de fabrication des fibres carbone: polyacrylonitrile (PAN) ou petroleum (PITCH)
à suivre page 73
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique, PPS, PAEK PES, PPSU, PSU PEI, PAI, LCP
Source L&V LUVOCOM®
Nano Composites
Fibres carbone en combinaison avec des nano composites sur une base des minérales meilleure cristallisation surface dureté surface élevé Morphologie / composites homogènes Réduction d’usure en phase de rodage
PA46 LUVOCOM 19-7816 PEEK LUVOCOM 1105-7678 PPS LUVOCOM 1301-7767
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique
Source L&V LUVOCOM®
Fibres d’aramide
Les fibres d’aramide disposent des bonnes caractéristiques mécaniques intrinsèques avec une densité réduite. En revanche, les liaisons avec la matrice du polymère sont réduites et n’apportent pas beaucoup d’améliorations des propriétés mécaniques de renfort.
Le comportement tribologique est excellent et offre une résistance contre l’usure performante en frottement avec les
métaux comme les alliages cuivreux bronze et aluminium.
Application : frottement contre aluminium, partenaire doux
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique
Source L&V LUVOCOM®
Bisulfure de Molybdène - Composite
Ses caractéristiques de frottement sont proches que celle du graphite.
Pour les applications thermoplastiques semi-cristallines le MoS2 améliore la structure cristalline surtout dans les zones de surface. Grâce à ce phénomène les valeurs de frottement sont plus basses que ceux d’un produit amorphe.
Application : vitesse réduite, pression surface élevé
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique, PPS, PAEK PES, PPSU, PSU PEI, PAI, LCP
Source L&V LUVOCOM®
PTFE-Composite
Le PTFE provoque sous charge de frottement un meilleur glissement du polymère en créant un film entre les partenaires de frottement. En conséquence les déformations sont réduites dans les zones de frottement du polymère, l’échauffement induit par l’effort est ainsi maîtrisé.
Grâce à la présence d’une couche en PTFE une réduction du coefficient de frottement en statique et dynamique est à constater ainsi que le phénomène de stick slip est évité.
Application : vitesse élevé
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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La tribologie – additives / charges PA46, PA aromatique
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Silicone-Composite
Les huiles de silicones de haute viscosité sont limitées par rapport à ses compatibilités avec les polymères. Le silicone migre à la surface et crée une couche de glissement permanente.
Pour que les caractéristiques mécaniques du polymère ne se dégradent pas le taux de la silicone est limité de 0,5 à 2 % du poids.
Pour les applications rotatives de haute vitesse (bagues, coussinet) la combinaison PTFE + silicone a fournit ses preuves.
Application : en évitant le stick-slip (réduction du bruit)
La additives, charges sous l’exigence de la tribologie
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Choix de matière selon les critères du cahier des charges
Le cahier de charge: Descriptif de l’application Définition de la fonction Si disponible 2D, 3D
Choix de la matière: Exigence thermique (plage de fonction température)
T d’utilisation moyenne, à courte terme (? heures), en PIC (extrême) Dilatation thermique (pièces hybride?)
Propriété mécanique Type de sollicitation progressant toujours dans la même direction (Traction, compression, flexion, torsion, choc) Type de sollicitation oscillante Durée de la sollicitation (heures, année etc…)
70 19/06/2012
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Choix de matière selon les critères du cahier des charges
Exigence conforme au plan côtes, tolérances
Exigence d’environnement résistances chimiques, traitement, UV, feux etc…
Propriété surface exigence couleur exigence tribologique
Propriété électrique / diélectrique Résistivité transversale Résistance superficielle Charge électrostatique Résistance de claquage, à l’arc, au cheminement d’arc
Propriété optique La réflexion, l’absorption La transmission
D’autres: conducteur chaleurs, etc…
La suite….
71 19/06/2012
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Choix de matière selon les critères du cahier des charges
Choix de la matière: Exemple synthèse / matrice
72 19/06/2012
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Choix de matière selon les critères du cahier des charges
Côté outillage / conception pièce / processus Étude rhéologie, FEM etc… Conception pièce, outillage Fiabilité du processus de production
Ligne de soudure Orientation fibres Déformations Porosités
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Innovations matières
Les fibres de carbone 2 processus de fabrications des fibres carbone: polyacrylonitrile (PAN) ou petroleum (PITCH) Les fibres de carbone ont quelques µm de diamètre. Les fibres de PAN sont d'abord oxydées, à l'air, vers 200-300°C pendant 1 à 2 heures. La carbonisation a lieu vers 1000-1500°C, sous atmosphère de diazote, pendant quelques minutes. Un traitement complémentaire de graphitation à 2500-3000°C, pendant 1 minute, donne des fibres, cristallisées sous forme graphite, à 99 % de carbone et possédant un module élastique élevé (350 à 600 GPa) et une résistance moindre (2000 à 5000 MPa). Plusieurs qualité fibre esxiste: PAN: HT – hochfest (High Tenacity), IM – intermediate (Intermediate Modulus), UM – (Ultra Modulus), UHM – (Ultra High Modulus), UMS – (Ultra Modulus Strength) PITCH: HM – PITCH hochsteif (High Modulus) HMS – PITCH hochsteif/hochfest (Extrem High Modulus)
74 19/06/2012
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Les nanotubes de carbone Intégrant dans un thermoplastique par compoundage: Limité autour de 8% de charge maximale
Conductivité électrique (antistatique)
Conductivité thermique (de 6 à 20 W.cm-1.K-1)
Innovations matières
Les nano-charges minérales, nanoparticules (taille de 1 au 100µm)
Amélioration propriété polymère • Propriété mécanique, structurales, tenu au feux, UV …. • Propriété bactéricides
Augmentation propriété thermique (Tg ↗) Accélérateur en phase de la cristallisation
• augmentation de la dureté surface (résistance à l’usure↗)
75 19/06/2012
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Les fibres de verre L’utilisation des charges de fibres de verre a pour l’objectif d’améliorer la performance mécanique. Pour des applications polymères résistant de haute température (PAEK, PPSU, PES, PEI) les charges en fibres diminuent les coûts . Fibres courte (quelque fois même broyé) (L< 0,2mm) retrait matière dans le moule plus isotrope (homogène) performance mécanique plus faible qu’en fibres de verre standard (surtout en
traction) Fibres standard (L= de 1mm à 0,5mm) autour de 0,3mm après injection Fibres longue (L= de 8mm à 25mm) autour de 12mm à 3mm après injection Meilleurs performance mécanique Attention : risque de casse des fibres lors du processus d’injection (Précaution : vis spéciale, Ø point d’injection largement dimensionné et cisaillements angles vifs
Innovations matières
76 19/06/2012
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PEEK / Céramique augmentation résistance à l’usure Composite / plastique / hybride
Innovations matières
Fraunhofer IWM-centre de compétence: Traitement surface, optimisation tribologie (nano-charge, traitement DLC) Hybrid (Plastique / Métal / Céramique) Analyse tribo et simulation
ICT Polymer Engineering
Renfort local avec fibres sans fin
Tailored Injection Moulding
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PA66 stabilisé à la chaleur
Innovations matières
Ultramid® Endure de BASF est une nouvelle matière PA66, stabilisée à la chaleur. Résistant à 220°C sur 3000 heures, à court terme à 240°C. Application: automobile, sous capot moteur
78 19/06/2012
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La famille d’imide TPI , PI (non-exhaustif)
TPI / PEI - Blend thermoplastique polyimide amorphe (TPI) et polyetherimide (PEI) Fournisseur: SABIC Innovative Plastics IP BV Extem ® • matière à hautes performances thermique (Tg 311°C) • stabilité performance mécanique jusqu’à 230°C
Source http://www.sabic-ip.com/gep/Plastics/en/ProductsAndServices/ProductLine/extem.html
Blend sur mesure: TPI / PEEK / Céramique Augmentation résistance chimique, frottement Compoundage spécial: RTP, L&V
Innovations matières
79 19/06/2012
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Les 3 activités principales Expertise Business Development
Nous sommes une entreprise de prestation de services en engineering polymère et en relations marketing entre la France et Allemagne. Nos bureaux situés à Lyon, Paris et aux environs de Stuttgart nous assurent une présence régionale et internationale. La société Expert Business Development se répartit en trois activités principales : Expert - of high performance plastic application and new materials Business - Development Development - Innovation
Ronald HOPP Gérant / Managing Director EXPERT BUSINESS Development Expert en application des matières très techniques Phone: +33 4 72 02 35 66 [email protected]