Informations sur la conception

Delrin PAR DUPONT Module III résine acétal Informations sur la conception Marque déposée de E.I. du Pont de Nemours and Companie The miracles of science est une marque de E.I. du Pont de Nemours and Companie

Résines acétal DELRIN : informations sur la conception Table des matières Pages Pages 1 Généralités.................................. 1 Introduction aux résines acétal DELRIN.......... 1 Conception de pièces en DELRIN................ 1 Mise en œuvre............................... 1 Compositions................................ 1 2 Avantages du DELRIN......................... 5 Conception.................................. 5 Analyse des coûts Moulage par injection et assemblage................................ 5 3 Résumé des propriétés........................ 9 4 Données pour l analyse de l écoulement......... 11 5 Considérations relatives aux dimensions........ 13 Introduction.................................. 13 Retrait au moulage............................ 13 Retrait après moulage......................... 13 Tolérances dimensionnelles.................... 14 Effet de l humidité............................ 15 6 Propriétés mécaniques........................ 17 Définitions................................... 17 Efforts de courte durée........................ 18 Exposition aux contraintes de longue durée...... 19 Résistance à la fatigue......................... 2 Résistance au choc........................... 2 Résistance à la rupture........................ 22 7 Effet des conditions ambiantes................. 23 Introduction.................................. 23 Résistance chimique.......................... 24 Chlorure de zinc et chlore...................... 24 Résistance aux carburants..................... 24 Perméabilité................................. 27 Exposition à l air à haute température........... 25 Exposition aux agents atmosphériques.......... 25 Exposition au rayonnement à haute énergie...... 26 Exposition aux bactéries et aux moisissures...... 26 8 Propriétés thermiques........................ 27 Fusion et solidification........................ 27 Température de transition vitreuse............. 27 Dilatation thermique......................... 27 Conductivité thermique....................... 27 Chaleur spécifique........................... 27 Fléchissement sous charge................... 27 Essai de résistance à la bille................... 28 9 Propriétés électriques et inflammabilité........ 29 Caractéristiques électriques................... 29 Rigidité diélectrique.......................... 29 Constante diélectrique....................... 29 Facteur de pertes diélectriques................ 3 Résistivité transversale et résistivité superficielle 3 Résistance à l arc............................ 3 Classe d inflammabilité....................... 3 Température d inflammation.................. 3 Vitesse de combustion....................... 3 Essai au fil incandescent...................... 3 1 Propriétés tribologiques...................... 31 Dureté..................................... 31 Usure et abrasion............................ 31 Propriétés de frottement...................... 31 Usure et frottement Grades.................. 31 Usure et frottement Données................ 31 11 Conformité aux réglementations.............. 33 12 Opérations après moulage.................... 35 Usinage.................................... 35 Décoration des surfaces...................... 35 Techniques d assemblage..................... 36

1. Généralités Introduction aux résines acétal DELRIN Les résines acétal DELRIN présentent une combinaison de propriétés physiques que ne possèdent ni les métaux ni la plupart des autres matières plastiques. Le DELRIN est un polymère technique thermoplastique fabriqué par la polymérisation du formaldéhyde. Largement reconnu pour sa fiabilité et ses performances, il sert à fabriquer des milliers de composants mécaniques dans le monde entier. Depuis sa commercialisation en 196, il est utilisé dans l automobile, l électroménager, la construction, l outillage, l électronique et l industrie des biens de consommation. Sa composition chimique, sa structure moléculaire régulière et sa cristallinité élevée confèrent au DELRIN des propriétés exceptionnelles: ténacité à basse température (jusqu à 4 C); résistance mécanique et rigidité élevées; résistance à la fatigue supérieure à celle des autres matières plastiques; résistance élevée aux chocs répétés; excellente résistance à l humidité, à l essence, aux solvants et à de nombreuses autres substances chimiques neutres; excellente stabilité dimensionnelle; propriété autolubrifiante naturelle; résilience; bonnes caractéristiques d isolation électrique; facilité de fabrication; vaste gamme de température utile ( 5 à +9 C à l air, jusqu à 16 C avec utilisation intermittente). Une utilisation prolongée dans la vapeur, l eau chaude, les acides forts ou les bases fortes réduit la durée de service. Le DELRIN est classé comme résine à combustion lente. Conception de pièces en DELRIN Par ses propriétés exceptionnelles, le DELRIN est un matériau de construction qui offre de nombreuses possibilités à l ingénieur d études: réduction des coûts d assemblage, durée de service accrue, performances des composants améliorées et plus grande liberté en matière d esthétique et d aspect. Il est possible de concevoir des pièces en DELRIN moulées par injection qui combinent plusieurs fonctions. Ainsi, les pièces mécaniques réunissant les fonctions d engrenage, de palier et d arbre sont assez répandues. Les propriétés du DELRIN rendent également possibles des techniques d assemblage rapide, notamment l emboîtage élastique, l emmanchement à force, le refoulement à froid, le rivetage, les vis auto-taraudeuses, ainsi que le soudage par friction, par vibration et par ultrasons. Le moulage par injection du DELRIN permet de produire des pièces de géométrie attrayante qui ne peuvent être obtenues avec les métaux et certaines matières plastiques. La coloration dans la masse et le surmoulage de la texture de surface sont également possibles. Par ailleurs, la surface peut être peinte, métallisée ou imprimée après le moulage. L élimination des opérations d assemblage et de finition peut se traduire par des économies substantielles. De ce fait, les résines acétal DELRIN présentent souvent un rapport prix/performances plus avantageux que les alliages coulés, le laiton et la tôle. Le succès final d un composant en plastique dépend en grande partie de sa conception, de sa qualité et de son coût. Il convient pour cela de sélectionner avec soin le matériau mais aussi d optimiser la conception de la pièce et du moule, la technique de mise en œuvre et le contrôle en cours de production. Ce manuel fournit des données pour une conception optimale au moyen du DELRIN. Les principes fondamentaux de conception sont décrits dans le «Manuel de conception: Principes généraux de conception pour les polymères techniques de DuPont de Nemours», Module I. Mise en œuvre Les résines acétal DELRIN peuvent être mises en œuvre au moyen des techniques suivantes: moulage par injection, extrusion, soufflage, rotomoulage, estampage et usinage. Elles se prêtent tout particulièrement au moulage par injection. L état de surface des pièces correctement moulées reproduit celui du moule ainsi que sa forme; il est possible d évaluer les retraits au moulage appropriés. L extrusion des résines en barres, en plaques, en feuilles et en tubes de petit diamètre peut s effectuer sur un équipement d extrusion standard. Les demi-produits en DELRIN tels que les barres et les plaques sont largement utilisés pour l usinage de petits composants, de cames linéaires et d autres pièces de grandes dimensions. Ils présentent en effet d excellentes propriétés mécaniques et s usinent plus facilement que le laiton avec des outils de coupe standard conçus pour ce métal. Compositions Le DELRIN est disponible en quatre viscosités afin de répondre aux besoins d une vaste gamme d applications en matière d écoulement. Des grades spéciaux sont proposés pour satisfaire des besoins spécifiques: résines tenaces et super-tenaces; grades s aux UV; résines à faible frottement et faible usure; résines d extrusion. Vous trouverez une présentation de toutes les résines disponibles et de leurs propriétés mécaniques et physiques dans le «Guide des produits et de leurs propriétés». Les propriétés de la plupart des grades DELRIN sont également disponibles sur disquettes Campus. 1

Compositions de grades standards Grade Mise en œuvre Caractéristiques Applications types DELRIN 1 Moulage DELRIN 1 est une résine acetal non-renforcée, Pièces mécaniques à hautes performances: par injection à haute viscosité, pour le moulage à injection. engrenages, systèmes de blocage de ceintures de sécurité, fixations. DELRIN 1P Moulage DELRIN 1P est une résine acetal non-renforcée, Applications identiques à celles du DELRIN 1. par injection à haute viscosité, pour le moulage à injection; à stabilité thermique améliorée pour un moulage exempt de dépôts dans des conditions sévères de mise en oeuvre (moules à canaux chauds par exemple). DELRIN 111P Moulage DELRIN 111P est une résine acetal non-renforcée, Systèmes de carburant, roues, engrenages. par injection à haute viscosité et nucléée, pour le moulage à injection; à stabilité thermique améliorée, plus de propriétés isotropiques, faible gauchissement et moins de porosités. DELRIN 17 Moulage DELRIN 17 est une résine acetal non-renforcée, Fixations de ski, systèmes de blocage par injection à haute viscosité et stabilisée UV, pour le moulage de ceintures de sécurité. à injection. DELRIN 127UV Moulage DELRIN 127UV est une résine acetal non-renforcée, Pièces automobiles exigeant une résistance par injection à haute viscosité, stabilisée UV, pour le moulage à élevée aux UV. injection; à excellente protection contre les UV et bonne stabilité thermique. Recommandée pour les applications automobiles intérieures. DELRIN 311DP Moulage Viscosité moyenne pour moulage rapide Pièces automobiles et industrielles, emboîtages par injection élastiques DELRIN 5 Moulage DELRIN 5 est une résine acetal à usage multiple, Pièces mécaniques à usage général, par injection non-renforcée, à viscosité moyenne, pour le moulage systèmes de carburant automobile, à injection. emboîtages élastiques, fixations, engrenages. DELRIN 5P Moulage DELRIN 5P est une résine acetal non-renforcée, Applications identiques à celles du DELRIN 5. par injection à viscosité moyenne, pour le moulage à injection; aux caractéristiques excellentes d'écoulement et stabilité thermale améliorée pour la mise en œuvre. DELRIN 57 Moulage DELRIN 57 est une résine acetal non-renforcée, Pièces automobiles et industrielles. par injection à viscosité moyenne et stabilisée UV, pour le moulage à injection. DELRIN 511P Moulage DELRIN 511P est une résine acetal non-renforcée, Systèmes de carburant, ressorts, par injection à viscosité moyenne et nucléée, pour le moulage à bandes de convoyeurs. injection; à stabilité thermique améliorée, plus de propriétés isotropiques, faible gauchissement et moins de porosités. DELRIN 527UV Moulage DELRIN 527UV est une résine acetal non-renforcée, Pièces automobiles exigeant une résistance par injection à viscosité moyenne et stabilisée UV, pour le moulage élevée aux UV. à injection; à protection contre les UV et stabilité thermique excellentes. Recommandée pour les applications automobiles intérieures. DELRIN 9P Moulage DELRIN 9 est une résine acetal non-renforcée et à Moules multi-empreintes et pièces de section par injection faible viscosité pour le moulage à injection; aux mince (pièces pour l électronique grand public excellentes caractéristiques d'écoulement et stabilité et fermetures éclair). thermique améliorée pour la mise en œuvre. DELRIN 911P Moulage DELRIN 911P est une résine acetal non-renforcée, à faible Valves d aérosols, filtres, micro-composants. par injection viscosité et nucléée, pour le moulage à injection; à stabilité thermique améliorée, plus de propriétés isotropiques, faible gauchissement et moins de porosités. DELRIN 927UV Moulage DELRIN 927UV est une résine acetal non-renforcée, Grilles de haut-parleurs. par injection à faible viscosité et stabilisée UV, pour le moulage à injection; à excellente protection contre les UV et bonne stabilité thermique. Recommandée pour les applications automobiles intérieures. 2

Compositions de grades standards Grade d extrusion (fiches techniques individuelles disponibles) Grade Mise en œuvre Caractéristiques Applications types DELRIN DE731 Extrusion DELRIN DE731 est une résine acetal non-renforcée, Barres et plaques extrudées pour l usinage, à haute viscosité, pour l'extrusion; à stabilité thermique tubes et feuilles. améliorée pour la mise en œuvre. Compositions de grades de spécialités Grades tenaces Grade Mise en œuvre Caractéristiques Applications types DELRIN 1ST Moulage DELRIN 1ST est une résine acetal non-renforcée, Fixations, systèmes de verrouillage. par injection à haute viscosité et super tenace, pour le moulage à injection; à excellente résistance à la rupture à basse température. DELRIN 1T Moulage DELRIN 1T est une résine acetal non-renforcée, Fixations, systèmes de blocage par injection à haute viscosité et tenace, pour le moulage à injection; de ceintures de sécurité, engrenages. à résistance améliorée à la rupture. DELRIN 5T Moulage DELRIN 5T est une résine acetal non-renforcée, Fixations, engrenages. par injection à viscosité moyenne et tenace, pour le moulage à injection; à résistance à la rupture améliorée. Faible frottement, faible usure (fiches techniques individuelles disponibles) Grade Mise en œuvre Caractéristiques Applications types DELRIN 1AL Moulage DELRIN 1 avec lubrification avancée. Grade à usage Applications spécialisées exigeant un faible par injection général, usure et frottement réduits. coefficient de frottement et une forte résistance à l usure contre l acier, le DELRIN ou d autres matières plastiques Delrin 1KM Moulage DELRIN 1KM est une résine acetal contenant 2% Applications exigeant une résistance par injection de résine KEVLAR, à haute viscosité et lubrifiée, pour élevée à l usure en milieu abrasif. le moulage à injection. Recommandée pour les applications à faible frottement/faible usure. DELRIN 5AL Moulage DELRIN 5AL est une résine acetal non-renforcée, Applications exigeant une usure et/ou par injection à viscosité moyenne et lubrifiée, pour le moulage à injection; un coefficient de frottement réduits contre à très faible coefficient de friction, haute résistance à l acier, le DELRIN ou d autres plastiques l'abrasion et très bonnes caractéristiques de mise en œuvre. (faible bruit). Recommandée pour les applications à faible frottement/ faible usure. DELRIN 5CL Moulage DELRIN 5CL est une résine acetal non-renforcée, à Engrenages, rouages d entraînement, par injection viscosité moyenne et lubrifiée, pour le moulage à injection. dispositifs coulissants. Recommandée pour les applications à faible frottement/ faible usure contre les métaux. DELRIN 5SC Moulage Mélange-maître DELRIN 5 avec 2% d huile de silicone. Applications à usure et frottement réduits. par injection Le DELRIN 5SC est un mélange-maître au silicone de moyenne viscosité. DELRIN 52MP Moulage DELRIN 52MP est une résine acetal contenant 2% Applications exigeant une usure et/ou par injection de micropoudre de PTFE TEFLON, à viscosité moyenne, un coefficient de frottement réduits contre pour le moulage à injection. Recommandée pour les l acier, le DELRIN ou d autres plastiques. applications à faible frottement/faible usure. DELRIN 5AF Moulage DELRIN 5AF est une résine acetal contenant 2% Applications spécialisées exigeant un faible par injection de fibres de PTFE TEFLON, à viscosité moyenne, pour le coefficient de frottement et une résistance moulage à injection; à très faible coefficient de friction élevée à l usure, convoyeurs. et bonne résistance à l'abrasion. Recommandée pour les applications à faible frottement/faible usure. DELRIN 9SP Moulage DELRIN 9SP est une résine acetal non-renforcée, Electronique grand public. par injection à faible viscosité et lubrifiée, pour le moulage à injection. Applications exigeants une usure et/ou Recommandée pour des applications à faible frottement/ un frottement réduits contre le DELRIN faible usure contre les métaux. et d autres plastiques (faible bruit). 3

Compositions de grades de spécialités Rigidité élevée (fiches techniques individuelles disponibles) Grade Mise en œuvre Caractéristiques Applications types DELRIN 51GR Moulage DELRIN 51GR est une résine acetal renforcée de 1% Pièces exigeant une résistance et une rigidité par injection de fibres de verre, à viscosité moyenne, pour le moulage très élevées. à injection. DELRIN 525GR Moulage DELRIN 525GR est une résine acetal renforcée de 25% Pièces exigeant une résistance et une rigidité par injection de fibres de verre, à viscosité moyenne, pour le moulage très élevées. à injection. DELRIN 57 Moulage DELRIN 57 est une résine acetal renforcée de 2% Pièces mécaniques à usage général. par injection de fibres de verre, à viscosité moyenne, pour le moulage à injection. DELRIN 577 Moulage DELRIN 577 BK est une résine acetal renforcée de Pièces mécaniques à usage général. par injection 2% de fibres de verre, à viscosité moyenne et stabilisée UV, pour le moulage à injection en couleur noire. 4

2. Avantages du DELRIN Conception Au plan économique, l avantage que présente le DELRIN dans le cadre d une application réside dans la différence entre la valeur d usage d un assemblage traditionnel et celle d une conception en DELRIN. Cet avantage est d autant plus grand lorsque l on remplace des assemblages d alliages coulés, de tôles ou d autres matières plastiques par des pièces multifonctions moulées en DELRIN et produites en grande série. Dans de nombreux cas, l emploi du DELRIN peut offrir diverses possibilités de réalisation identiques du point de vue mécanique. Il est donc conseillé de choisir la solution la plus économique en termes de mise au point, d outillage, de production, d assemblage et de finition. Une revue des applications commerciales permet de décrire les avantages que présente le DELRIN en matière de conception: Pièces multifonctions: il est possible d éliminer des pièces par rapport aux assemblages traditionnels. Les conceptions peuvent tirer parti des propriétés spécifiques du DELRIN pour intégrer paliers, cames, engrenages et ressorts dans un seul élément autolubrifiant. Cette réduction du nombre de pièces présente des avantages immédiats, à savoir une réduction des coûts liés au contrôle, à la manutention, à la gestion des stocks et à l assemblage. Pièces prêtes à l emploi après moulage: il est possible de produire des pièces finies, colorées dans la masse et utilisables immédiatement. Cette caractéristique rend souvent inutiles les opérations de finition. Moulage de détails: les filets et les détails fins peuvent être directement moulés. Dans le cas d une production en grande série, le coût de l amortissement des opérations spéciales de moulage requises pour fabriquer des pièces filetées peut être inférieur à celui de l usinage des filets. Assemblage intégré: il permet d éliminer les opérations d assemblage ou de les accélérer. Toutefois, lorsque le moulage de pièces d un seul tenant est impossible, la résilience, la ductilité et la résistance du DELRIN permettent l emploi des techniques d assemblage suivantes: emboîtage élastique, emmanchement à force, refoulage à froid et soudage par friction, par vibration et par ultrasons. Propriété autolubrifiante: elle peut réduire les coûts liés à l entretien et à l utilisation des pièces. Cette propriété naturelle du DELRIN peut rendre inutile la lubrification initiale requise pour les métaux ou d autres matières plastiques, ainsi que la lubrification en service. Il en résulte une durée de service accrue due à la bonne résistance à l usure du DELRIN, et une puissance d entraînement réduite en raison du faible frottement. Il est possible de supprimer les risques de contamination par des lubrifiants. Les paliers autolubrifiants en DELRIN sont particulièrement utiles lorsqu il est nécessaire d éviter la contamination croisée d un produit par un autre (équipement et convoyeurs pour l industrie alimentaire, pharmaceutique ou textile). Résistance aux solvants et aux produits chimiques: si la pièce est nettoyée occasionnellement à l aide d un solvant ou si elle entre accidentellement en contact avec ce produit, l exceptionnelle résistance aux solvants du DELRIN par rapport aux autres plastiques (polycarbonate, PPO modifié, ABS) garantit l absence de fissuration ou de ramollissement. Réduction de poids: le DELRIN permet un gain de poids par rapport aux conceptions en métal. Son rapport résistance/poids élevé rend possible la production de pièces es et légères, ce qui diminue le poids total de l assemblage. Les pièces finies sont en outre plus faciles à manipuler et les frais d expédition diminuent. Réduction du bruit: il est possible de réduire considérablement le bruit mécanique en remplaçant des composants métalliques par des pièces en DELRIN. Coloration dans la masse: en utilisant des résines de moulage colorées, il devient inutile de peindre les pièces métalliques. Ces résines permettent de produire des composants codés par couleur facilement identifiables. Remplacement du métal: l emploi du DELRIN permet d éviter les problèmes de corrosion tels que la rouille et le dézingage. En outre, les coûts d entretien sont sensiblement inférieurs à ceux des métaux coulés. Contact avec les aliments: de nombreuses applications en contact direct avec les aliments et l eau potable requièrent un matériau conforme aux réglementations internationales en la matière. De nombreuses couleurs fabriquées à l aide de pigments agréés pour le contact avec les aliments sont disponibles. Attention: le DELRIN ne doit pas être utilisé comme implant humain permanent. Pour les autres applications médicales, consultez l avertissement de DuPont se référant aux applications médicales H-512. Analyse des coûts Moulage par injection et assemblage Une étude approfondie des conditions d utilisation finales d une application donnée permet de déterminer si une composition de DELRIN convient ou non. Si le DELRIN est adapté à l application, il est nécessaire d établir des conceptions préliminaires et d évaluer leur faisabilité au plan commercial. Pour l utilisateur, le coût des pièces en DELRIN moulées par injection correspond à la somme des coûts du moule, du matériau, du moulage et des opérations de finition. Aussi la conception retenue doit-elle réduire au maximum le coût de production et d assemblage du nombre de pièces requises. 5

Nombre de pièces requises par an sur la durée de vie prévue de l outil Nombre optimal (théorique) d empreintes Forme de la pièce Tolérances Type de moule, 2 ou 3 plaques, noyaux, inserts, type de canaux Conception et coût de production du moule Flux de matière longueur et taille des canaux emplacement et taille des points d injection écoulement équilibré d une empreinte à l autre Presse force de fermeture par empreinte surface des plateaux capacité de plastification capacité d injection poids maximal de la moulée Fig. 2.1 Facteurs importants dans la conception du moule En règle générale, l ingénieur d études peut contribuer à réduire le coût du moulage en mettant au point des pièces aux parois uniformes et en sélectionnant des matériaux permettant des cycles d injection courts et une productivité élevée. Impact du coût du moule L impact du coût du moule sur celui des pièces dépend en grande partie du volume de production et du délai d obsolescence de la pièce moulée. En principe, les moules sont amortis sur un à trois ans, ce qui implique la fabrication de plusieurs millions de pièces. Le moule contribuant de manière significative au coût global, sa conception doit être confiée à un spécialiste. Il est conseillé de consulter ce dernier avant la finalisation de la conception, car des changements apparemment mineurs apportés à la géométrie de la pièce peuvent avoir un impact considérable sur le coût de production. Le schéma de la figure 2.1 indique les facteurs à prendre en compte pour concevoir des moules à injection économiques. La forme de la pièce, les tolérances et les dimensions des parois sont des aspects importants (pour plus de détails, voir chapitre 5). Des tolérances inutilement étroites, par exemple, peuvent augmenter considérablement le coût global. Impact du coût du matériau La part du matériau dans le prix d achat des pièces moulées en résine acétal DELRIN se situe généralement entre 4 et 6% du coût total*. A l instar de la plupart des autres matières plastiques, le prix unitaire du DELRIN est fonction de la quantité et du grade achetés. Il convient de mettre au point le moule de façon à conserver une taille minimale pour les carottes et les canaux, afin d éviter la production inutile de rebroyés. Selon les spécifications, il est possible de rebroyer et de mélanger à de la résine vierge les carottes, les canaux et les pièces mises au rebut qui n ont subi ni dégradation ni contamination. Dans la plupart des cas, la proportion de rebroyés utilisable peut s élever à 3%. L emploi de moules sans canaux est envisageable dans certains cas pour éviter la production de rebroyés issus des carottes et des canaux. Il convient de soumettre les pièces à un contrôle approprié de la qualité en cours de fabrication afin d améliorer le rendement global et de réduire au maximum la production de rebroyés. Impact de l opération de moulage La valeur ajoutée au coût du matériau durant l opération de moulage représente généralement 4 à 6% du coût de la pièce moulée*. La valeur spécifique dépend des dimensions de la presse, de la capacité utilisée, du rendement et du nombre de pièces produites par heure. La taille de la presse est fonction des dimensions et du poids de la pièce, des besoins annuels en pièces, de la taille du moule et du cycle de moulage. Pour connaître les divers aspects de la conception à prendre en compte pour obtenir des cycles de moulage économiques, consultez le «Manuel de conception Module I». * A l exclusion du coût du moule. 6

Opérations après moulage La plupart des pièces moulées en DELRIN sont des produits finis. Toutefois, des opérations d assemblage, d usinage ou de finition sont parfois souhaitables, voire nécessaires. Pour plus de détails sur les techniques d assemblage, de décoration et de finition, reportez-vous au «Manuel de conception Module I». Bien qu aucune estimation ne soit fournie, le coût de ces opérations dépend des coûts annexes (matériau et main d œuvre) et du rendement. Autres coûts Des opérations spéciales de conditionnement et de manipulation des pièces moulées ou des moulages courts peuvent induire des coûts supplémentaires. Si la décoration des pièces requiert l emploi de dispositifs de fixation spéciaux ou de masques de protection comme en sérigraphie, il est à prévoir que cet équipement sera facturé séparément. Pour l acheteur des pièces, l amortissement est similaire à celui du moule. 7

3. Résumé des propriétés Tableau 3.1 Propriétés types des résines DELRIN Méthode Faible Conditions d essai Viscosité élevée Viscosité moyenne viscosité Tenace Propriétés des essais ISO Unités 1 1P 311DP 5 5P 9P 1ST 5T MÉCANIQUES THERMIQUES Indice de fluidité à chaud en masse (19/2,16) 23 C 1133 g/1 min 2,3 2,3 7 14 15 24 1,9 12 Contrainte au seuil 23 C 527-1/-2 MPa 72 71 74 72 7 71 43 59 d écoulement 1) 6 C 56 56 59 56 55 55 32 44 9 C 38 38 38 37 37 35 18 27 12 C 22 22 27 23 23 22 11 18 Déformation 23 C 527-1/-2 % 25 23 15 15 14 12 3 16 au seuil d écoulement 1) 6 C 19 19 15 14 14 13 24 14 9 C 11 11 1 9 9 1 2 13 12 C 9 9 9 8 9 8 2 11 Déformation à la rupture 1) 23 C 527-1/-2 % 5 65 45 4 25 >1 55 Déform. nominale à la rupture 1) 23 C 527-1/-2 % 45 45 35 3 3 25 >5 4 Module en traction 2) 23 C 527-1/-2 GPa 3,1 3, 3,3 3,2 3,2 3,2 1,5 2,5 6 C 1,7 1,6 2, 1,9 1,9 1,5,5 1,2 9 C 1, 1, 1,3 1,1 1,1 1,,2,6 12 C,6,8,8,6,6,6,1,4 Module de fluage en traction 1 h 899-1 GPa 2,9 2,7 2,9 2,8 2,8 1,35 2,3 1 h 1,6 1,5 1,7 1,6 1,5,55 1,15 Module de flexion 23 C 178 GPa 2,8 2,6 3,2 3, 3, 3, 1,35 2,3 7 C 1,5 1,4 1,6 1,5 1,3 1,4 1 C,9,8 1,1,9,8,8 12 C,7,6,8,7,6,6 Résistance au choc Izod 23 C 18/1A kj/m 2 14 14 1 9 9 7 9 14 (sur éprouvette entaillée) 4 C (1993) 13 12 9 9 9 7 2 8 Résistance au choc Charpy 23 C 179/1eA kj/m 2 15 15 1 9 9 7 1 15 (sur éprouvette entaillée) 3 C (1993) 11 11 9 8 8 6 2 12 Température de fléchissement sous charge 3) 1,8 MPa 75 C 115 11 115 115 11 11 7 9 Température de fusion, 1 C/min 11357-1/-3 DSC C 178 178 178 178 178 178 178 178 Température de ramollissement 1 N 36 A5 C 174 174 174 174 174 174 168 171 Vicat 5 N 36 B5 16 16 16 16 16 16 115 14 Coefficient de dilatation 23 C-55 C 11359 1 4 / C 1,2 1,2 1,1 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 thermique linéaire 1) Vitesse de traction 5 mm/min 2) Vitesse de traction 1 mm/min 3) Eprouvette recuite Toutes les informations, ci-dessus, sont sujettes au désengagement imprimé sur la dernière page de cette brochure. Suite à la page 1 9

Tableau 3.1 Propriétés types des résines DELRIN (suite) Méthode Faible Conditions d essai Viscosité élevée Viscosité moyenne viscosité Tenace Propriétés des essais ISO Unités 1 1P 311DP 5 5P 9 P 1ST 5T ÉLECTRIQUES DIVERSES Résistivité transversale IEC 93 Ω m 1 13 1 12 1 13 1 13 1 12 1 12 1 12 >1 13 Résistivité superficielle IEC 93 Ω 1 15 >1 15 1 15 1 15 1 15 1 14 1 15 Permitivité relative 1 Hz IEC 25 3,8 3,8 3,8 3,8 3,9 3,7 4,7 3,6 1 MHz IEC 25 3,6 3,8 3,7 3,7 4,5 Rigidité électrique instantanée IEC 243 MV/m 32 32 32 32 21 32 39 Facteur de pertes 1 Hz IEC 25 1 4 18 2 1 2 18 6 1 MHz IEC 25 1 4 5 4 5 6 6 5 7 16 Résistance à l arc ASTM s 2 2 2 2 2 2 12 12 D 495 pas de che- pas de che- pas de che- pas de che- pas de che- pas de che- pas de che- pas de cheminement minement minement minement minement minement minement minement Masse volumique 1183 g/cm 3 1,42 1,42 1,42 1,42 1,42 1,42 1,34 1,39 Inflammabilité UL 94 HB HB HB HB HB HB HB HB Absorption d eau 62 % 24 heures d immersion,25,32,25,25,32,32,4,31 5% H.R., équilibre,22,3,25,22,3,3,35,2 à l équilibre en immersion,9 1,3,9,9 1,4 1,4,9,8 Dureté Rockwell 239 M92 M92 M92 M92 M92 M92 M58 M79 (R + M) R12 R12 M12 R12 R12 R12 R15 R117 Retrait au moulage, teste ISO 1) 294-4 % Parallèle (au sens de l écoulement) 2,1 2,1 2, 2,1 2,1 2,1 1,3 1,8 Normal (perpend. au sens de l écoulement) 1,9 1,9 1,9 2, 2, 2, 1,4 1,7 Résistance chimique Toutes les résines présentent une résistance exceptionnelle aux produits chimiques neutres et à de nombreux solvants. 1) Dans les pièces moulées, le retrait au moulage type est supérieur (voir chapitre 5). Toutes les informations, ci-dessus, sont sujettes au désengagement imprimé sur la dernière page de cette brochure. 1

4. Données pour l analyse de l écoulement Le tableau 4.1 fournit des informations sur les propriétés thermiques. Ces données sont nécessaires pour réaliser les simulations de l analyse de l écoulement de différents grades de DELRIN. Des données complémentaires telles les courbes de viscosité sont disponibles auprès de votre représentant DuPont. Tableau 4.1 Données pour l analyse de l écoulement 1 5 1P 1ST 5P 5T 57 9P Densité à l état solide (kg/m 3 ) 142 134 142 139 156 142 Densité à l état liquide (kg/m 3 ) 116 114 116 114 13 116 Chaleur spécifique de la matière fondue (J/kg C) 31 22 3 22 29 31 Chaleur de transformation de la fusion (kj/kg) 12 8 14 12 115 14 Température de transition inférieure ( C) 141 141 142 141 144 141 (sans écoulement) Température de transition supérieure ( C) 153 151 153 153 153 153 Température de solidification ( C) 14 14 14 14 14 14 Conductivité de la matière fondue (W/m C),15,13,15,14,15,15 Température de fusion recommandée ( C) 215 25 215 25 215 215 Température de moule recommandée ( C) 9 4 9 4 9 9 11

5. Considérations relatives aux dimensions Introduction Les résines acétal DELRIN présentent une bonne stabilité dimensionnelle par rapport à d autres polymères sur un vaste domaine thermique en présence d humidité, de lubrifiants ou de solvants. Elles trouvent de nombreuses applications dans l industrie et servent à fabriquer des engrenages de précision, des paliers, des boîtiers et des pièces similaires. Elles sont choisies pour leur combinaison unique de stabilité dimensionnelle et de propriétés comme la résistance à la fatigue et à la traction. Toutefois, comme avec tous les autres matériaux de construction, certains facteurs influant sur la stabilité dimensionnelle du DELRIN doivent être pris en considération lorsqu il est indispensable de respecter des tolérances étroites. Le retrait au moulage et le retrait après moulage sont des conséquences naturelles du processus de moulage. Ils influent sur les tolérances qu il est possible d obtenir pour les pièces moulées. Le présent chapitre fournit des détails à ce sujet. Les pièces moulées en DELRIN peuvent être sujettes à d autres variations dimensionnelles dues à des changement de température ou à la nature du milieu environnant. Le présent chapitre décrit l effet de l humidité et de la température. L immersion dans des produits chimiques et des carburants est abordée au chapitre 7. Retrait au moulage Ce retrait intervient dans les 24 heures qui suivent le moulage. Il correspond à la différence entre les dimensions de l empreinte et celles de la pièce, mesurées à température ambiante. Il est dû à l écart entre le volume spécifique du DELRIN à la température de cristallisation et ce même volume à température ambiante. Le retrait au moulage type des résines DELRIN est compris entre 1,8 et 2,2%, à l exception des grades chargés de fibre de verre et des grades super-tenaces (DELRIN 57, 577 et 1ST) dont le retrait est plus faible. Le retrait au moulage dépend de facteurs qui influent sur la cristallinité du DELRIN, à savoir: la température du moule; l épaisseur de la pièce; le temps de maintien en pression; la pression d injection. Ce retrait est également fonction de la géométrie de la pièce et de la configuration d écoulement de la résine. Des études sur le retrait ont été menées à l aide de plaques de 18 27 mm et de 1,5 à 6 mm d épaisseur. Quatre valeurs de retrait ont été mesurées: à proximité et à distance du point d injection, dans le sens de l écoulement et dans le sens perpendiculaire. Pour la plupart des grades de DELRIN, les résultats indiquent un retrait plus important à distance du point d injection qu à proximité (de,1 à,3% en moyenne) et un retrait supérieur d environ,1% dans le sens de l écoulement par rapport au sens perpendiculaire. Retrait, % 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 2 4 Epaisseur, mm Fig. 5.1 Retrait moyen de plusieurs grades de Delrin ; le retrait dépend de l épaisseur mais aussi de la conception globale de la pièce et des conditions de mise en œuvre La figure 5.1 montre le retrait moyen en fonction de l épaisseur pour différents grades de DELRIN. Le système expert CAMDO de DuPont permet de prévoir le retrait de manière détaillée, en incluant l effet des paramètres de mise en œuvre comme la température du moule et la pression en maintien; vous pouvez obtenir le résultat de tels calculs auprès de votre représentant DuPont. Retrait après moulage 1P, 5P Ce retrait intervient plus de 24 heures après le moulage. Il résulte de la cristallisation et de la relaxation continue des contraintes internes, lorsque la résine évolue vers un état plus stable. Cela est dû au fait que la température de transition vitreuse du DELRIN est inférieure à la température ambiante. La figure 5.2 permet d évaluer le retrait après moulage des pièces en DELRIN. Les pièces produites aux températures de moule recommandées (9 C) ou supérieures présentent un faible retrait après moulage qui garantit une bonne stabilité dimensionnelle sur toute la durée de service. Toutefois, les pièces produites dans un moule froid (<8 C) présentent un retrait après moulage supérieur car le refroidissement rapide laisse le DELRIN dans un état cristallin instable, ce qui provoque une recristallisation plus importante. Si ces pièces sont exposées à de hautes températures, la recristallisation entraîne un retrait après moulage élevé. 6 5T 1ST 8 13

Retrait après moulage, % Retrait après moulage, % Retrait après moulage, % 1,4 1,2 1,,8,6,4,2 2 1,,8,6,4,2 2,7,6,5,4,3,2,1 2 DELRIN 5 3 DELRIN 5 3 4 DELRIN 5 Epaisseur,8 mm Moule à 4 C Moule à 65 C Moule à 95 C Moule à 12 C Après recuit, toutes les températures de moule 4 5 6 7 8 9 1 11 Température d'exposition, C Epaisseur 1,6 mm Moule à 65 C Moule à 4 C Moule à 95 C Moule à 12 C 5 6 7 8 9 1 Température d'exposition, C Epaisseur 3,2 mm Après recuit, toutes les températures de moule 3 4 5 6 7 8 9 1 11 Température d'exposition, C Temps d exposition = 1 heures Fig. 5.2 Retrait après moulage, à l air Après recuit, toutes les températures de moule Moule à 4 C Moule à 12 C Moule à 65 C Moule à 95 C L influence de l épaisseur des pièces sur le retrait après moulage est également indiquée en figure 5.2. Il convient de prendre cet aspect en considération lors de la définition des tolérances et du degré de stabilité dimensionnelle requis pour une pièce. Recuit Le recuit permet ponctuellement d accélérer la relaxation des contraintes et la stabilisation dimensionnelle des pièces. Il s agit d une procédure complémentaire, nécessaire uniquement si les pièces moulées requièrent des tolérances très étroites et une exposition prolongée à des températures élevées. 11 Le recuit est également proposé comme procédure d essai pour la détermination des conditions de moulage sur un nouveau moule. Il permet d évaluer le retrait après moulage et les contraintes internes. Les variations dimensionnelles durant le recuit sont très proches des variations finales de la pièce en service. Lorsque la précision dimensionnelle est une caractéristique essentielle, l emploi d une température de moule élevée (9 à 12 C) est recommandé. Les tentatives d obtenir une bonne stabilité dimensionnelle par recuit de pièces moulées dans un moule froid (<8 C) entraînent un retrait après moulage important. Elles peuvent aussi induire des contraintes durant la recristallisation et provoquer la déformation des pièces. Procédure de recuit Cette opération s effectue à l air ou dans des huiles minérales inertes à une température de 16 ± 3 C, pendant 3 minutes + 5 minutes par mm d épaisseur de paroi. Les surchauffes locales sont à éviter; de plus, les pièces ne doivent pas entrer en contact entre elles ni avec les parois du four ou de la cuve. Elles sont refroidies lentement dans le four jusqu à ce que leur température atteigne 8 C. Elles ne doivent pas être entassées ni empilées tant qu elles ne sont pas froides au toucher, ces manipulations effectuées à chaud risquant de les déformer. La figure 5.2 montre les résultats de cette procédure et permet d évaluer les variations dimensionnelles maximales en service. Afin de stabiliser les pièces en vue d une utilisation continue à haute température (< 9 C), il est possible de les chauffer pendant 24 heures à 9 C. Si elles ont été produites dans un moule chauffé à 9 C ± 1 C, on obtient un retrait après moulage d environ,1 à,2%. Tolérances dimensionnelles Généralités En tenant compte des dimensions du moule et de la variabilité des conditions de mise en œuvre, l expérience montre qu il est possible d obtenir les tolérances suivantes avec une bonne expérience du moulage: dimensions jusqu à 15 mm: ±,15% pour le moulage de précision ±,3% pour les pièces techniques dimensions au-delà de 15 mm: ±,25% pour le moulage de précision ±,4% pour les pièces techniques Moules Pour les moules multi-empreintes, les tolérances de fabrication des outils sont importantes. Elles ont un impact direct sur la tolérance dimensionnelle de la pièce. A titre d exemple, pour une dimension de 3 mm usinée avec une tolérance de ±,1 mm, l expérience montre qu il est impossible d obtenir une uniformité dimensionnelle meilleure que ±,3 à,4 mm pour des pièces provenant de différentes empreintes en une seule injection. 14

Augmentation de la longueur, % 1,4 1,2 1,,8,6,4,2 DELRIN 1, 5 Epaisseur = 3 mm Immersion dans l'eau 1% HR 5% HR % HR Augmentation de la longueur, % 1,4 1,2 1,,8,6,4,2 DELRIN 1P, 5P, 9P Epaisseur = 3 mm Immersion dans l'eau 1% HR 5% HR % HR,2 2 4 6 8 1 Température ambiante, C,2 2 4 6 8 1 Température ambiante, C Fig. 5.3 Variations dimensionnelles du DELRIN en fonction de la température et de la teneur en humidité Fig. 5.4 Variations dimensionnelles du DELRIN en fonction de la température et de la teneur en humidité Conditions de moulage Les pièces moulées dans les conditions recommandées (pour le point d injection, le canal, la buse, la vis et la presse) figurant dans le guide de moulage sont sujettes à de faibles variations dimensionnelles d une injection à l autre. Les changements par rapport à ces conditions recommandées peuvent affecter les tolérances dimensionnelles; par exemple, un moule froid entraîne un retrait après moulage élevé; un temps de maintien en pression trop court se traduit par un retrait non homogène, une déformation de la pièce et des variations dimensionnelles importantes. Effet de l humidité Le DELRIN absorbe une petite quantité d eau qui influe sur les dimensions des pièces moulées. Les figures 5.3 et 5.4 montrent le rapport entre les variations dimensionnelles et la teneur en humidité à différentes températures. La vitesse à laquelle l eau est absorbée par une pièce en DELRIN dans différentes conditions est indiquée en figure 5.5. Absorbtion d'eau, % 2, 1,5 1,,5 1 Epaisseur = 3 mm Immersion dans l'eau 1 C DELRIN 1, 5 Immersion dans l'eau 8 C Immersion dans l'eau 6 C Immersion dans l'eau 25 C 1% HR., 25 C 83% HR, 25 C 5% HR, 25 C 12% HR, 25 C 2 3 4 5 6 Temps, jours Fig. 5.5 Vitesse d absorption d eau du DELRIN dans différentes conditions 15

6. Propriétés mécaniques Le «Manuel de conception Module I» explique comment tirer parti des propriétés décrites dans le présent chapitre pour la conception de pièces. Définitions Certaines définitions de termes techniques sont utiles pour comprendre le comportement mécanique des thermoplastiques. Elasticité: propriété qui permet à un matériau de retrouver sa forme et sa taille initiales après le retrait d une contrainte ayant entraîné sa déformation. Plasticité: tendance d un matériau à rester déformé après réduction d une contrainte de déformation. Limite de proportionnalité (limite élastique): effort maximal auquel un matériau peut être soumis sans que la proportionnalité de la contrainte et de la déformation varie (loi de Hooke). Module d élasticité: le module d élasticité (E) en tension, compression ou flexion d un matériau est le rapport contrainte/déformation au-dessous de la limite de proportionnalité dans le type de contrainte concerné. Contrainte au seuil d écoulement (en traction): première contrainte qui provoque une déformation sans augmentation de la contrainte. Résistance à la traction: résistance maximale d une éprouvette durant un essai de traction. Pour le DELRIN, cette résistance est généralement égale à la contrainte au seuil d écoulement. Les thermoplastiques ont un comportement mécanique variable (d élastique à plastique) en fonction des facteurs suivants: la nature du matériau, l ampleur de la contrainte, sa durée, la température, la nature chimique de l environnement et le délai de reprise élastique. Le comportement élastique prédomine lorsque, à une température donnée, la contrainte est faible par rapport à la résistance à la traction et lorsque la pièce est soumise à des efforts de courte durée. Les figures 6.1 à 6.8 indiquent le comportement mécanique du DELRIN aux contraintes de courte durée. Le comportement plastique devient important lorsque la contrainte est élevée par rapport à la résistance à la rupture et lorsque la pièce est soumise à des efforts de longue durée. Cette tendance s accentue à mesure que la température approche du point d écoulement du matériau. Les figures 6.9 à 6.12 montrent le comportement du DELRIN à l air lorsqu il est soumis à des sollicitations de longue durée à différentes températures. La figure 7.2 présente des données relatives à une exposition à l air, sans contrainte exercée, à différentes températures. Effet des conditions de moulage A l instar des autres thermoplastiques, les conditions de moulage peuvent influer sur les propriétés des pièces moulées en DELRIN. Les conditions recommandées sont indiquées dans le bulletin TRD 3 de DuPont, «Moulage de précision avec le DELRIN». Des conditions de moulage inadaptées peuvent diminuer de manière significative la ténacité et la résistance à la fatigue. Pour cette raison, l évaluation des prototypes moulés doit s effectuer sur des éprouvettes produites dans des empreintes d essai dont les conditions de moulage sont représentatives des conditions de production. Contrainte, MPa 8 6 4 2 C C 23 C 4 C 6 C 9 C 8 7 6 5 4 3 2 DELRIN 5 12 C Contrainte, MPa DELRIN 5T DELRIN 1ST 2 1 2 4 6 8 1 12 Deformation, % 2 4 6 8 1 Déformation, % Fig. 6.1 Courbes types de contrainte-déformation pour 3 résines acétal DELRIN (vitesse de déformation: 5 mm/min) Fig. 6.2 Contrainte en fonction de la déformation pour le DELRIN 5 à différentes températures (vitesse de déformation: 5 mm/min) 17

8 125 125 6 2 C C 23 C 4 C Contrainte au seuil d'écoulement, MPa 1 75 5 25 1 75 5 25 Déformation à la rupture, % Contrainte, MPa 4 2 6 C 9 C 12 C 2 4 6 8 1 Déformation, % Fig. 6.3 Contrainte en fonction de la déformation pour le DELRIN 5T à différentes températures (vitesse de déformation: 5 mm/min),1 Fig 6.5 1 1 1 Vitesse d'essai, mm/s Efforts de courte durée 1 Courbe de contrainte-déformation La figure 6.1 montre les courbes de contrainte-déformation des trois principales gammes de DELRIN. Les résines non modifiées présentent une résistance et une rigidité plus élevées, et les résines tenaces et super-tenaces une ductilité accrue. Ces caractéristiques apparaissent également sur les figures 6.2 à 6.4, qui présentent les courbes de contrainte-déformation (jusqu à 1% de contrainte) à différentes températures. La figure 6.5 montre l influence de la vitesse de déformation sur le comportement à la traction du DELRIN 5. 1 Essai de traction à grande vitesse à température ambiante pour le DELRIN 5. D après C.J.G. Plummer et al., dans Impact and Dynamic fracture of Polymers and Composites, 1995, Mechanical Engineering Publication, London, pp.: 265-28 8 125 1 75 6 Contrainte, MPa 5 25 25 Tension Contrainte, MPa 4 2 C C 23 C 4 C 5 75 1 125 1 8 6 Compression 4 2 2 Déformation, % DELRIN 1, 5 4 6 8 1 2 6 C 9 C Fig. 6.6 Courbes de contrainte-déformation en tension et compression à 23 C pour le DELRIN. Les mesures ont été effectuées conformément aux normes ISO 527 et 64 au moyen d éprouvettes moulées par injection 12 C 2 4 6 8 1 Déformation, % Fig. 6.4 Courbes de contrainte-déformation pour le DELRIN 1ST à différentes températures (vitesse de déformation: 5 mm/min) Tension et compression La figure 6.6 présente une courbe de contraintedéformation en tension et compression pour le DELRIN. Les essais ont été menés à 23 C et à une vitesse de 1 mm/min. Le graphique montre que la résistance est plus élevée en compression qu en tension, alors que les modules d élasticité sont égaux. 18

Module de Young, GPa 3 2 1 2 DELRIN 5T DELRIN 5 DELRIN 1ST 2 4 6 8 1 12 Température, C Fig. 6.7 Module de Young du DELRIN en fonction de la température (mesuré à 5 mm/min). Module d élasticité Les variations de la température ambiante ont un impact considérable sur le module d élasticité du DELRIN. La figure 6.7 montre la variation du module d élasticité en traction (appelé aussi module de Young) en fonction de la température. A température ambiante, il reste constant sur une vaste plage de vitesses de déformation (,1 1 5 mm/s). La valeur du module d élasticité en flexion est légèrement inférieure (environ 5%). Module de cisaillement en torsion G', MPa 5 1,5 1,4 1,3 1,2 1 G' 1,1 1,9,8,7 1,6,5,4,3,2 1,1 5 1 5 5 1 15 2 Température, C Fig. 6.8 Diagramme du pendule de torsion du DELRIN 1 NC1 Module de cisaillement, coefficient de Poisson Au même titre que la résistance et le module d élasticité en traction, la résistance au cisaillement et le module de cisaillement varient selon la température. La figure 6.8 montre le module de cisaillement en torsion de 1 C au point de fusion. La courbe du facteur d amortissement associée ne révèle aucune transition dans la plage type des températures de service ( 5 à 6 C). Dans les matériaux isotropes, le module de cisaillement G est théoriquement lié au module d élasticité E et au coefficient de Poisson ν: G = E/{2 (1 + ν)} Pour le DELRIN, ν est égal à,35 et l équation ci-dessus n est qu une approximation. Facteur d'amortissement, Exposition aux contraintes de longue durée A l exception d une linéarité approximative dans des conditions de sollicitation faible et de courte durée, les courbes de contrainte-déformation de DELRIN ne comportent aucune section linéaire. Les phénomènes de «fluage» et de «relaxation» sont des conséquences de cette non-linéarité. Le fluage est défini comme une déformation dépendant du temps et résultant d une contrainte. Il peut intervenir en tension, compression, flexion ou cisaillement. La relaxation est définie comme la diminution de la contrainte requise pour maintenir constante une déformation sur une période donnée. Contraintes exercées dans l air Les résultats d essais de fluage en flexion à l air, menés à différentes températures et avec différents niveaux de contrainte, sont représentés sous forme graphique dans les figures 6.9 à 6.12. Ils peuvent servir à prévoir les phénomènes de fluage ou de relaxation dans les pièces en résine acétal DELRIN soumises à des sollicitations similaires. Il convient pour cela de remplacer le module (de fluage ou de relaxation) dépendant de la contrainte, de la température et du temps dans les formules appropriées. Il est conseillé d utiliser les données ci-dessus conjointement avec celles de l exposition du DELRIN à l air, sans contrainte exercée (voir figure 7.2 et texte correspondant), en vue d établir des conceptions et des prototypes en DELRIN pour des conditions intermédiaires de contrainte-température-temps. La conception doit être soumise à des essais approfondis. Niveau de contrainte, MPa 2 15 1 5 1 h 1 h 1 h 1 h 5 h 1 h Projection pour 1 h DELRIN 1, 5,5 1, 1,5 2, 2,5 Déformation totale, % selon la contrainte et le temps indiqués Fig. 6.9 Courbes isochrones de contrainte-déformation du DELRIN soumis à un effort de flexion, à l air (23 C) 19

Niveau de contrainte, MPa 15 1 5 1 h 1 h 1 h 1 h 1 h Projection pour 5 h % de la contrainte initiale 1 8 4 2 DELRIN 1, 5 Déformation,3%, 17 MPa 12,5% (déformation au point de fluage), 69 MPa,9%, 34 MPa 5%, 66 MPa DELRIN 1, 5 1,1,1 1 1 1 1 1 Heures 1,5 1, 1,5 2, 2,5 Déformation totale, % selon la contrainte et le temps indiqués Fig. 6.12 Relaxation des contraintes de traction du DELRIN soumis à une déformation constante à 23 C Fig. 6.1 Courbes isochrones de contrainte-déformation du DELRIN soumis à un effort de flexion, à l air (45 C) Niveau de contrainte, MPa 15 1 5 1 h Remarques sur les figures 6.9 à 6.12 1. Pour un temps «t» et une contrainte choisis, les pièces concues en utilisant le module de fluage approprié dans les équations usuelles auront un comportement en fluage meilleur que demandé au-dessous de «t», et moins bon que demandé au-delà de «t». Cependant, leur réponse à des contraintes de courte durée ne sera pas très affectée, pour autant que la combinaison «temps-contrainte» ne dépasse pas celle de la conception. 2. La vitesse de fluage et de relaxation augmente avec le niveau de contrainte. 3. N effectuez pas d extrapolations à partir des données des figures 6.9 à 6.12 pour des contraintes et des températures plus élevées ou pour un temps plus long, à moins de pouvoir vérifier, au moyen d essais rigoureux, la conception des pièces ainsi obtenues. 4. Pour une précision accrue, il convient de fabriquer les prototypes à l aide des mêmes méthodes et dans les mêmes conditions que celles utilisées pour les pièces de production. 1 h 1 h 1 h,5 1, 1,5 2, 2,5 Déformation totale, % selon la contrainte et le temps indiqués 1 h 5 h DELRIN 1, 5.Fig. 6.11 Courbes isochrones de contrainte-déformation du DELRIN soumis à un effort de flexion, à l air (85 C) Reprise élastique après une sollicitation cyclique de longue durée En règle générale, la reprise élastique après la cessation des contraintes statiques dépend des facteurs suivants: la durée des efforts, le niveau de contrainte sous charge, la température et le temps autorisés pour la reprise élastique, ainsi que la nature de l environnement. Lors de la cessation d une contrainte de déformation de 14 MPa, une reprise élastique d environ 4% se produit, suivie d une reprise dépendant du temps. Résistance à la fatigue Lorsque des matériaux sont soumis à des contraintes cycliques importantes, ils tendent à se rompre sous l effet de contraintes inférieures à leur résistance à la rupture. Ce phénomène est appelé «rupture par fatigue». Les résines acétal DELRIN présentent une résistance très élevée à la rupture par fatigue, de 4 C à 8 C. Par ailleurs, leur résistance à la fatigue n est pas très affectée par la présence d eau, de solvants et d huiles et de graisses neutres, comme l ont démontré de nombreux essais menés en laboratoire et dans l industrie depuis la commercialisation des résines en 196. Les figures 6.13 et 6.14 montrent les données de résistance à la fatigue (à l air) d éprouvettes en DELRIN moulées par injection. Ces données ont été obtenues en appliquant des contraintes constantes à la fréquence de 18 cycles/minute (3 Hz), et en observant, pour chaque valeur de sollicitation, le nombre de cycles à la rupture sur une machine d essai Sonntag-Universal. Résistance au choc La résistance au choc est la capacité à supporter un choc soudain plutôt qu une sollicitation de longue durée. Il n existe pas d essai unique permettant d évaluer cette résistance dans toutes les conditions d utilisation possibles des pièces en matière plastique. Il existe des essais comparatifs qui mesurent la ténacité 2

6 1 18 cycles/minute 5 23 C 5 Contrainte, MPa 4 3 2 2 3 4 23 C 66 C Contrainte, MPa 4 3 2 1 1 1 C 1 3 1 4 1 5 Nombre de cycles à la rupture 1 6 1 7 1 3 1. Contrainte de traction uniquement 2.-4. Contraintes de traction et de compression entièrement inversées 1 4 1 5 1 6 1 7 Nombres de cycles à la rupture Fig. 6.14 Fatigue en flexion du DELRIN 1 (ASTM D 671) à 23 C, 5% HR Fig. 6.13 Résistance à la fatigue du DELRIN 5 à 18 cycles/minute en fonction de la température (air) 2 de différents polymères. Ainsi, les essais de résistance au choc Charpy et Izod avec entaille sont adaptés au DELRIN en ce sens qu ils permettent de mesurer l énergie de rupture, même si l entaille usinée n est pas une caractéristique représentative d une pièce réelle. Contrairement à d autres polymères techniques, le DELRIN présente l avantage inhabituel de conserver une ténacité élevée à très basse température, comme le montre la figure 6.15. Cette particularité s explique par son haut niveau de cristallinité et sa basse température de transition vitreuse. A l instar d autres polymères, la ténacité du DELRIN augmente avec son poids moléculaire, et donc avec sa viscosité à l état fondu. La figure 6.16 montre la modification de la résistance au choc avec entaille des grades standard, depuis la viscosité la plus faible jusqu à la plus élevée. Le DELRIN 1 est le grade qui présente les meilleures performances dans ce domaine. Lorsqu une ténacité plus élevée est requise, il existe des grades modifiés-choc (DELRIN T et ST) dont la résistance au choc est similaire à celle des grades de polymères techniques les plus tenaces. Il est évident que cette modification réduit légèrement le module. La figure 6.17 montre la résistance aux choc avec entaille de divers grades de DELRIN tenaces par rapport aux grades standard. Ces grades standard sont sensibles aux angles vifs, tout comme d autres polymères similaires. La figure 6.18 montre l influence du rayon de courbure à l angle vif sur la résistance au choc d une éprouvette moulée; en remplaçant les angles vifs par des rayons de courbure de l ordre de,2 à,5 mm, il est possible de doubler cette résistance. Résistance au choc, kj/m 2 15 1 5 4 2 2 4 Température, C Fig. 6.15 Résistance au choc Izod avec entaille en fonction de la température pour le DELRIN 1 Résistance au choc, kj/m 2 2 15 1 5 DELRIN 9P DELRIN 5P DELRIN 311DP DELRIN 1P Fig. 6.16 Résistance au choc Charpy avec entaille à température ambiante pour les grades standard de DELRIN. La plus haute viscosité donne la résistance au choc la plus élevée 6 21