Maîtriser le Nylon : propriétés, utilisations et avantages en ingénierie

Les nylons sont une famille de plastiques d'ingénierie résistants. Ce sont des plastiques à faible frottement, ce qui les rend idéaux pour remplacer des composants métalliques comme les roulements ou bagues. De plus, les nylons génèrent moins de bruit de fonctionnement et d'usure sur les pièces d'accouplement, permettant souvent de supprimer la lubrification externe de l'application du composant entièrement.

Les nylons sont des thermoplastiques (par opposition aux thermodurcissables), ou polymères synthétiques extrêmement travaillables quand chauffés à haute température, mais qui se figent fermement quand refroidis. Beaucoup de nylons ont des microstructures à la fois amorphes et cristallines quand refroidis, donnant au matériau élasticité ainsi que rigidité et raideur.

Une classe de matériaux polyvalente, les nylons peuvent aussi être combinés avec une gamme d'additifs pour créer des propriétés matérielles et chimiques spécifiques, ce qui a mené à leur utilisation généralisée dans des applications commerciales allant du tissu à l'automobile et au moulage électrique. Cette polyvalence s'étend aussi à la production, car les nylons sont compatibles avec les méthodes de fabrication additives et traditionnelles.

Comment le nylon est-il fabriqué ?

Similaire aux autres plastiques, les nylons sont créés par distillation de carburants hydrocarbures, qui sont ensuite introduits à des catalyseurs produisant les polymères plastiques. Les nylons sont généralement créés par l'un de deux procédés : polymérisation et polycondensation.

La polymérisation crée le matériau nylon en faisant réagir des monomères amine (groupes de molécules NH2) avec de l'acide carboxylique (COOH), tandis que la polycondensation implique la réaction de diamine (molécules avec deux groupes NH2) avec de l'acide dicarboxylique (qui a deux groupes COOH).

Les nylons créés par polycondensation tendent à être plus biodégradables que ceux faits par polymérisation d'addition. Les nylons peuvent aussi être créés à partir de biomasse, ce qui peut aussi contribuer à une biodégradabilité accrue du matériau.

Propriétés et spécifications mécaniques

La microstructure semi-cristalline des matériaux nylon fournit à la fois rigidité et résistance, en plus d'une bonne résistance chimique. Les nylons sont aussi résistants à la chaleur et donc idéaux pour les applications impliquant du frottement. En tant que thermoplastiques, les nylons peuvent aussi être rechauffés, moulés et refroidis plusieurs fois.

Il est important de noter que le nylon absorbe l'humidité de son environnement, ce qui peut impacter négativement la stabilité dimensionnelle d'un composant. Les nylons ayant une plus grande résistance à l'impact et flexibilité ont aussi tendance à absorber plus d'humidité, bien que cela dépende de la cristallinité du matériau, de l'épaisseur de la pièce, et de la température de l'environnement du composant.

Les nylons peuvent aussi être préconditionnés pour aider à atténuer les effets de l'absorption d'humidité. De plus, il convient de noter que le nylon n'est pas intrinsèquement résistant à la lumière UV, bien que des stabilisateurs puissent être incorporés dans le matériau pour réduire les dommages.

Les caractéristiques chimiques et physiques du matériau varieront bien sûr selon le type spécifique de nylon, mais voici quelques-unes des spécifications mécaniques clés pour le Nylon 6 non renforcé :

• Gravité spécifique : 1,13
• Absorption d'eau : 1,900 %, 24 h @ 23 °C (73,4 °F)
• Retrait de moulage typique : 1,3 %
• Résistance à la traction : 76 MPa
• Module de traction : 2758 MPa
• Résistance à la flexion : 110 MPa
• Module de flexion : 2965 MPa
• Dureté : 116, Rockwell R
• Résistance à l'impact avec entaille : 5,0 kJ/m²
• Température de fusion : 220 °C (428 °F)
• Température de fléchissement @ 1820 kPa (264 psi) : 71 °C (160 °F)
• Température de fléchissement @ 455 kPa (66 psi) : 171 °C (340 °F)

Types courants de Nylon

Les nylons sont identifiés par numéro — comme 6 ou 66 — qui fait référence au nombre d'atomes de carbone entre les groupes amine et acide, ainsi qu'à la façon dont le polymère a été créé. Le Nylon 6, par exemple, est créé entièrement à partir d'un monomère unique, tandis que le Nylon 66 est créé à partir de combinaisons de différents monomères (appelés comonomères). Les nylons peuvent aussi être renforcés avec des additifs comme le verre ou combinés avec d'autres plastiques d'ingénierie pour une performance et des caractéristiques matérielles accrues.

Les trois types de nylon les plus courants sont le Nylon 6, le Nylon 66 et le PA 12. Les filaments de Nylon 6 sont des fibres hautement élastiques souvent utilisées dans les textiles et applications industrielles à haute résistance, y compris vêtements, cordages et cordons industriels. Ces fibres ont une surface lisse, verreuse, offrant une résistance à l'abrasion exceptionnelle. Le Nylon 6 donne généralement des dimensions de pièce finale plus fiables.

Le Nylon 66 est un matériau plus cristallin que le Nylon 6 et fournit donc une plus grande rigidité, module de traction et module de flexion. Cela en fait un matériau idéal pour les applications nécessitant résistance, rigidité et résistance chimique, comme moquettes, airbags et bagages. Bien que plus usinable que le Nylon 6, le Nylon 66 a une température de fusion plus élevée, ce qui le rend plus sensible au retrait de moulage. Le Nylon 66 est fréquemment utilisé en moulage par injection.

Le PA 12 (aussi connu comme Nylon 12) est un bon plastique à usage général avec de larges applications additives et est connu pour sa ténacité, résistance à la traction, résistance à l'impact et capacité à fléchir sans fracture. Le PA 12 est utilisé depuis longtemps par les mouleurs par injection grâce à ces propriétés mécaniques. Et plus récemment, le PA 12 a été adopté comme matériau courant dans les procédés de fabrication additive pour créer des pièces fonctionnelles et prototypes.

Pourquoi le nylon ?

Le nylon est hautement valorisé pour sa combinaison de propriétés naturelles de faible frottement et de fortes propriétés mécaniques, chimiques et thermiques. C'est une famille de matériaux polyvalente et haute performance bien adaptée aux applications subissant beaucoup d'usure, comme composants de systèmes de carburant, collecteurs, supports, engrenages, et autres applications nécessitant des matériaux plastiques à hautes températures de fusion. Les nylons peuvent aussi être combinés avec additifs et stabilisateurs, ce qui permet un degré plus grand de spécificité et de contrôle lors de l'optimisation des propriétés matérielles de divers composants.

De plus, puisque les nylons peuvent être façonnés en filaments, fibres, films, feuilles, et peuvent aussi être utilisés conjointement avec une gamme de procédés de fabrication — incluant moulage par injection, usinage CNC et impression 3D — ces matériaux sont souvent utilisés pour le prototypage.

Applications populaires

Le nylon est largement utilisé dans de nombreux secteurs de marché. Textiles et moquettes incorporent souvent des filaments de nylon, et le film de nylon conforme FDA est fréquemment utilisé dans l'emballage alimentaire car il offre durabilité, faible perméabilité aux gaz et résistance à la température.

Les pièces en nylon remplacent fréquemment les composants en aluminium dans les moteurs, car elles sont à la fois moins chères (hors coûts d'outillage) et plus légères. Le nylon offre une bonne isolation électrique et résistance à la corrosion, ce qui — surtout combiné à la ténacité naturelle du nylon — en fait un matériau utile pour applications électriques comme attaches-câbles, isolateurs et boîtiers d'interrupteurs.

Démarrer avec le nylon

Les nylons sont une famille polyvalente de matériaux thermoplastiques qui offrent une combinaison unique de résistance au frottement, résistance chimique et thermique, résistance et flexibilité. Ces propriétés ont fait du nylon un choix populaire pour des applications dans une large gamme d'industries. Cependant, bien que les nylons partagent certaines caractéristiques, ce sont des matériaux incroyablement modifiables, donc il est essentiel que les équipes produit connaissent les propriétés matérielles précises nécessaires pour une pièce donnée. Un partenaire de fabrication de confiance peut aider à simplifier ce processus.

Fast Radius est un fabricant numérique à la demande offrant à la fois des services de fabrication traditionnels et additifs, et notre expérience travaillant avec une large gamme de matériaux — y compris les nylons — fait de nous le partenaire de fabrication de choix pour les équipes produit partout.

Notre équipe d'ingénieurs et designers dédiés fournit un soutien continu pendant chaque étape du cycle de vie de production, assurant que les clients reçoivent des pièces de qualité supérieure à des prix compétitifs, livrées à temps, à chaque fois. Contactez-nous dès aujourd'hui pour découvrir comment nous pouvons aider à faire de votre vision une réalité.

Vous pouvez visiter notre site pour en savoir plus sur les services que nous offrons. Le centre de ressources Fast Radius fournit aussi des insights sur tout, de la façon dont la fabrication numérique change l'approvisionnement mondial aux caractéristiques sur les différents matériaux avec lesquels nous travaillons.

Prêt à fabriquer vos pièces avec Fast Radius ?

Demandez votre devis