Matériaux Polycarbonate (PC) : Propriétés, applications et grades industriels

Depuis son développement au milieu du 20e siècle, le polycarbonate (PC) a été un matériau de plus en plus populaire dans la fabrication. Aujourd'hui, environ 2,7 millions de tonnes de polycarbonates sont produites chaque année dans le monde. Au fil des ans, diverses entreprises ont créé différentes formules pour le polycarbonate, il y a donc plusieurs grades industriels de polycarbonate parmi lesquels choisir. Certaines formes ont plus de renforcement en fibres de verre, tandis que d'autres ont des additifs comme des stabilisateurs ultraviolets pour la protection contre l'exposition solaire à long terme.

Fort et polyvalent, ce thermoplastique amorphe est résistant à la chaleur, aux chocs et à de nombreux produits chimiques. En tant que tel, le polycarbonate est idéal pour les composants qui doivent être robustes ou répétitivement stérilisés et est souvent utilisé dans les industries automobile et médicale.

Comment le polycarbonate est fabriqué

Chaque entreprise fabrique les polycarbonates légèrement différemment, mais les matériaux polycarbonate ont traditionnellement été créés via la polymérisation par condensation du bisphénol A et du chlorure de carbonyl. Cependant, de nombreuses entreprises ont commencé à utiliser le carbonate de diphényle à la place car le chlorure de carbonyl est extrêmement toxique.

Quel que soit l'utilisation du chlorure de carbonyl ou du carbonate de diphényle, une solution de bisphénol A dans l'hydroxyde de sodium est requise et ensuite mélangée avec la solution de chlorure de carbonyl ou carbonate de diphényle dans un solvant organique pour que la polymérisation puisse avoir lieu. Quand le polycarbonate se forme, il sera initialement dans un état liquide. La solution sera évaporée pour former des granulés, ou de l'éthanol devra être introduit pour précipiter le polymère solide.

Une fois créé, le polycarbonate est souvent vendu en tiges, cylindres ou feuilles et peut être utilisé dans divers procédés de fabrication. Le polycarbonate est compatible avec le thermoformage, l'extrusion et le soufflage, mais il est le plus souvent utilisé avec le moulage par injection. Après tout, en tant que thermoplastique, le polycarbonate peut être fondu, refroidi et réchauffé sans brûler ni se dégrader significativement, en faisant un matériau de moulage par injection idéal.

Pendant le moulage par injection, le polycarbonate doit être traité à haute température et injecté dans le moule avec une haute pression car le polycarbonate est assez visqueux. La température de fusion devrait être entre 280°C et 320°C, et la température du moule devrait se situer entre 80°C et 100°C. Cependant, ces chiffres peuvent varier selon le grade de polycarbonate utilisé. Par exemple, un polycarbonate haute chaleur nécessitera une température de fusion entre 310°C et 340°C et une température de moule entre 100°C et 150°C, tandis qu'un mélange PC-ABS (polycarbonate/acrylonitrile butadiène styrène) n'aura besoin que d'une température de fusion entre 240°C et 280°C et sa température de moule peut descendre jusqu'à 70°C et jusqu'à 100°C.

Propriétés et spécifications mécaniques du matériau polycarbonate

Bien qu'il y ait plusieurs grades de polycarbonates, chacun avec leur propre masse moléculaire, structure et propriétés, tous les polycarbonates ont quelques points communs.

Pour un, ils sont connus pour leur ténacité et leur haute résistance aux chocs. En résultat, le polycarbonate est souvent utilisé pour des applications qui requièrent fiabilité et haute performance.

Malgré leur ténacité et résistance, les polycarbonates sont légers, permettant des possibilités de conception extensives et une installation relativement facile comparé à d'autres matériaux.

Les polycarbonates sont aussi très résistants à la chaleur et aux flammes. Un polycarbonate peut maintenir sa ténacité à des températures jusqu'à 140°C, ce qui signifie que les pièces en polycarbonate peuvent résister à des stérilisations répétées. Les polycarbonates ont aussi des taux de transmission lumineuse au-dessus de 90% et une bonne résistance chimique contre les acides dilués, huiles, graisses, hydrocarbures aliphatiques et alcools.

Les propriétés d'un polycarbonate dépendent de sa masse moléculaire et structure, donc chaque matériau est légèrement différent. Pour vous donner une idée de ce à quoi vous attendre, voici quelques caractéristiques et spécifications clés typiques :

• Gravité spécifique : 1,21
• Température de fusion : 295 – 315°C
• Température de moule : 70 – 95°C
• Température de fléchissement sous chaleur : 137°C à 0,45 MPa
• Résistance à la traction : 61 MPa
• Résistance à la flexion : 90 MPa
• Taux de retrait : 0,5 – 0,7%
• Dureté Rockwell : 118R

Comme vous pouvez le voir, la fabrication en polycarbonate a beaucoup à offrir. Cependant, il y a quelques choses dont vous voudrez être au courant avant de sélectionner ce matériau pour un projet. Par exemple, ses propriétés mécaniques peuvent se dégrader après une exposition prolongée à l'eau au-dessus de 60°C. Le polycarbonate est aussi sensible aux rayures, plus coûteux à fabriquer que beaucoup d'autres matériaux, et vulnérable aux alcalins dilués et hydrocarbures aromatiques et halogénés. De plus, les formulations de polycarbonate sans stabilisateurs UV peuvent parfois jaunir avec le temps quand exposées aux rayons UV.

Usages courants des polycarbonates dans la vie quotidienne

La ténacité et la haute résistance aux chocs du polycarbonate en font un choix de matériau populaire pour les fabricants de l'industrie automobile, particulièrement pour les pièces qui doivent être claires ou translucides et sont soumises à des chocs fréquents, comme les lentilles de phares et clignotants.

Dans l'industrie médicale, le polycarbonate se trouve dans tout, des incubateurs aux boîtiers de machines de dialyse. Après tout, le polycarbonate est résistant, résistant à la chaleur, dimensionnellement stable, et capable de résister à la stérilisation via des méthodes approuvées FDA incluant autoclaves et irradiation. Le polycarbonate peut être utilisé dans filtres sanguins, réservoirs et oxygénateurs, ainsi que instruments chirurgicaux. De plus, grâce à sa transparence, le polycarbonate permet aux médecins de surveiller plus facilement le sang et suivre l'administration de fluides.

Le polycarbonate est aussi un matériau de choix dans de nombreux appareils électroménagers, comme les mixeurs, sèche-cheveux, réfrigérateurs et rasoirs électriques. D'autres usages courants du polycarbonate incluent les luminaires extérieurs, protections de machinerie, équipements de protection, verre pare-balles, boîtiers de fusibles, boîtiers de télévision, toitures, puits de lumière, serres, valises, lunettes et contenants de boissons, comme biberons, gourdes et bouteilles d'eau réutilisables.

Commencer avec le polycarbonate

Le polycarbonate est un thermoplastique fort et résistant aux chocs utilisé à travers une variété d'industries. Cependant, il y a plusieurs types différents de polycarbonate sur le marché, chacun avec ses propres caractéristiques. Travailler avec un partenaire de fabrication expérimenté comme Fast Radius peut faire toute la différence pour les équipes produit qui ne sont pas familières avec le polycarbonate ou cherchent à fabriquer des pièces et produits avec des matériaux qui peuvent être plus adaptés à une application spécifique. Voulez-vous voir si le polycarbonate est le bon matériau pour votre prochain projet ? Créez un compte et téléchargez vos fichiers de pièce ou contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer.

Voulez-vous en savoir plus sur d'autres plastiques pour les comparer au polycarbonate ? Consultez notre centre de ressources pour en savoir plus sur le polycarbonate/acrylonitrile butadiène styrène (PC-ABS), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyétheréthercétone (PEEK), et plus.