Propriétés, moulage, modification et application du polyarylate (PAR)

Propriétés du polyarylate PAR

Le polyarylate (PAR), également appelé polyester aromatique, est un plastique technique thermoplastique spécial dont la chaîne principale est constituée de cycles aromatiques et de liaisons ester. Il a été industrialisé par la société japonaise Unitika en 1973, sous le nom commercial de polymère U. C'est un plastique résistant aux hautes températures et offrant d'excellentes performances globales.

Le polyarylate est obtenu par polycondensation de phénol dihydrique et d'acide dicarboxylique. L'utilisation de différents phénols dihydriques et acides dicarboxyliques comme matières premières permet d'obtenir de nombreuses variétés de polyarylates. Les polyarylates généralement mentionnés sont polycondensés à partir d'un mélange de bisphénol A et d'acides téréphtalique et isophtalique.

Le PAR présente une structure amorphe linéaire, et sa chaîne principale est composée de phényle, d'éther, de carbonyle et d'isopropyle. Les différents groupes ont des effets différents sur les propriétés du polymère, mais l'effet combiné de chaque groupe confère à la chaîne principale du PAR une plus grande rigidité, une certaine polarité, une non-cristallinité et une certaine flexibilité.

Les polyarylates présentent d'excellentes résistances au fluage, aux chocs, à la déformation et à l'usure, ainsi qu'une résistance mécanique et une rigidité élevées. Ils présentent une résistance à la traction élevée sur une large plage de températures. Comparée au polycarbonate, leur résistance aux chocs est légèrement inférieure en valeur absolue, mais leur influence sur l'épaisseur de l'échantillon est moindre. Pour une épaisseur supérieure à 6,4 mm, leur résistance aux chocs est supérieure à celle du polycarbonate. Par conséquent, les polyarylates peuvent se révéler plus performants dans la préparation de produits épais de grande taille.

Pour les matériaux polymères, à l'exception des corps totalement élastiques, des contraintes permanentes sont générées sous l'action de forces externes. Cependant, les polyarylates présentent une excellente récupération de contrainte et une faible perte par hystérésis. Même à vitesse de déformation élevée, la perte par hystérésis des polyarylates est bien inférieure à celle du polycarbonate et du polyoxyméthylène. Même à des températures plus élevées, les polyarylates conservent ces excellentes performances sans générer de contrainte résiduelle excessive.

Le polyarylate possède des cycles benzéniques plus denses dans sa chaîne moléculaire principale, ce qui lui confère une excellente résistance à la chaleur. Sous une charge de 1,82 MPa, la température de déformation thermique du polyarylate (U-100) atteint 175 °C. Par thermodurcissable, la température de perte de masse du polyarylate est de 400 °C, sa température de décomposition de 443 °C et sa température de transition vitreuse (méthode DSC) de 193 °C, soit environ 50 °C de plus que le polycarbonate et 3 à 4 °C de plus que le polysulfone. Par conséquent, les propriétés du polyarylate sont moins affectées par la température que celles du polycarbonate et du polysulfone, et son coefficient de dilatation linéaire est faible, tout en offrant une meilleure stabilité dimensionnelle.

Le polyarylate est un plastique auto-extinguible et ininflammable. Sans retardateur de flamme, un échantillon de 1,6 mm d'épaisseur peut atteindre la norme UL94V-0. L'indice d'oxygène du polyarylate est de 36,8. Il est supérieur à celui des autres plastiques (y compris ceux contenant un retardateur de flamme), mais inférieur à celui du polychlorure de vinyle (PVC), du polychlorure de vinylidène (PVC), du polytétrafluoroéthylène (PTY), du polysulfure de phénylène (PPH) contenant des halogènes.

Les propriétés électriques du polyarylate sont similaires à celles du polyoxyméthylène, du polycarbonate et du polyamide, et sa tenue en tension est particulièrement bonne. Grâce à sa faible hygroscopicité, le polyarylate est également très stable en milieu humide. De plus, ses propriétés électriques sont moins affectées par la température. Sa résistivité volumique peut se maintenir au-dessus de 1014 Ω·cm, même à une température élevée de 160 °C.

Le polyarylate présente une bonne résistance aux acides et aux huiles, mais sa résistance aux alcalis, à la fissuration sous contrainte, aux hydrocarbures aromatiques et aux cétones est insuffisante. Sa résistance chimique est également insuffisante. Le polyarylate de la série AX modifié par des fibres de carbone présente une résistance chimique et une résistance aux solvants organiques nettement améliorées, ainsi que des performances de mise en œuvre nettement améliorées. Le tableau 1-2 présente les propriétés du polyarylate de la série AX.

Le polyarylate présente une excellente transparence, avec un indice de réfraction de 1,61, supérieur à celui du polycarbonate et du polyméthacrylate. Sa transmission lumineuse est de 87 % pour une épaisseur de 2 mm, soit à peu près la même que celle du polycarbonate. Il offre une excellente résistance aux rayons ultraviolets. D'une épaisseur de 0,1 mm, il peut bloquer complètement la lumière d'une longueur d'onde inférieure à 350 nm. Le polyarylate est l'un des plastiques techniques offrant une excellente résistance aux intempéries, nettement supérieure à celle du polycarbonate.

Le point de fusion du polyarylate est très différent de sa température de décomposition thermique. Il peut être moulé et transformé par des procédés de chauffage et de fusion tels que l'injection, l'extrusion et le moulage par soufflage. Sa viscosité à l'état fondu est relativement élevée, environ dix fois supérieure à celle du polycarbonate à la même température, ce qui nécessite une température de moulage plus élevée pour obtenir une meilleure fluidité. La fluidité du polyarylate est également liée à l'épaisseur du produit. Généralement, une épaisseur inférieure à 2 mm entraîne une diminution rapide de la fluidité. Par conséquent, lorsque le polyarylate est utilisé pour mouler des produits à parois minces, une température et une pression plus élevées doivent être appliquées. Des traces d'eau peuvent entraîner la décomposition du polyarylate lors du moulage ; il est donc essentiel de le présécher avant moulage. La teneur en eau doit généralement être inférieure à 0,02 % (fraction massique). Les conditions de séchage sont généralement de 110 à 140 °C pendant 6 heures.

1. Moulage par injection
Le polyarylate peut être moulé par injection avec une presse à injecter classique, mais sa viscosité à l'état fondu et sa température de moulage sont relativement élevées. Afin d'éviter le frittage et la carbonisation du matériau, il est généralement conseillé d'éviter les presses à injecter équipées d'une vanne à pointeau. Le retrait au moulage du polyarylate est similaire à celui du polycarbonate, tous deux d'environ 0,05 %. Généralement, un moule pour le moulage par injection de polycarbonate peut également être utilisé pour le moulage par injection de polyarylate. Cependant, pour les produits aux formes plus complexes, afin de compenser la faible fluidité du polyarylate, il est conseillé d'utiliser des dimensions légèrement supérieures pour le seuil d'injection et les canaux d'injection.

La température du moule du polyarylate lors du moulage par injection est généralement élevée. Si la température du moule est trop basse, la déformation résiduelle du produit après injection est importante, et certains produits peuvent même se fissurer sans aucune force extérieure. Pour les produits d'épaisseur inégale et présentant des courbures plus importantes, la déformation résiduelle est encore plus importante.

Comparée au moulage par injection, la température d'extrusion du polyarylate est généralement inférieure de 10 à 20 °C. La viscosité à l'état fondu du polyarylate est relativement élevée. Pour améliorer l'effet plastifiant, il est généralement recommandé d'utiliser une extrudeuse présentant un rapport d'aspect, un couple et une puissance plus importants. De plus, afin d'éviter le frittage et la carbonisation causés par le chauffage par cisaillement, la vitesse de la vis ne doit pas être trop élevée, et la structure de la vis et de la matrice doit minimiser les pièces sujettes à la rétention de matière.

Le PAR peut être renforcé par des fibres de verre, de carbone, de polyarylamide, de céramique, etc., ainsi que par des fibres mixtes et des superfibres polymères (comme le polyéthylène à très haut poids moléculaire). La fibre de verre est la fibre de renforcement la plus couramment utilisée. Pour renforcer le PAR avec de la fibre de verre, il est nécessaire d'utiliser l'agent de couplage KH-550 et d'ajouter une quantité appropriée de stabilisant. Son procédé de fabrication est fondamentalement le même que celui du PC renforcé de fibres de verre.

Le polyarylate forme principalement un alliage mélangé avec du PET, du PBT, du PC, du PA, des fluoroplastiques, etc., parmi lesquels il s'agit d'un système compatible avec du PET, du PBT, du PC, etc., et d'un système incompatible avec du PA, des fluoroplastiques, etc.

Le PAR améliore les performances du produit grâce à l'alliage. Les alliages plastiques PAR/PET se caractérisent par une rigidité élevée, une grande précision dimensionnelle, une faible anisotropie et une surface lisse. Ils sont principalement utilisés pour les pièces automobiles et certaines pièces de précision ; le PAR/PTFE peut être utilisé pour les matériaux résistants à l'usure lubrifiés sans huile, tels que les roulements ; les alliages PAR/PA sont utilisés pour les pièces résistantes à la chaleur et aux chocs dans l'automobile, telles que les pièces internes et externes comme les capots et les panneaux extérieurs, ainsi que les pièces coulissantes, les pièces de disjoncteur, les bagues, etc.

Le PAR hautement transparent offre de nouvelles applications en optoélectronique. Avec une valeur de biréfringence inférieure à 10 M, le film PAR peut être utilisé pour fabriquer des films retardateurs afin d'éliminer la distorsion des couleurs des écrans à cristaux liquides. Ce film est utilisé dans la fabrication des écrans à cristaux liquides (LCD) et peut remplacer le verre nécessaire à leur fabrication. Résistant aux hautes températures et extrêmement transparent, le PAR répond aux exigences de la technologie de fabrication des LCD.