Les Polyamides : du Nylon au Kevlar, quand le plastique remplace le métal.

Matériaux > Thermoplastiques techniques et hautes performances

Le polyamide l’un des plastiques techniques les plus répandus. C’est aussi l’un des plus résistants aux sollicitations mécaniques et à la chaleur dans son niveau de prix.

Le Polyamide 66 a été découvert en 1927 par la société Dupont de Nemours, il est d’abord commercialisé sous le nom de Nylon.  Si le Nylon est très connu pour son usage en tant que fibre, dans les vêtements, il est aussi très utilisé en tant que plastique dur dans les produits.

Depuis la famille s’est agrandie avec des versions moins chères ou très haute performances. C’est la cas par exemple du Kevlar, très connu pour son usage dans les gilets par balle. Il s’agit d’une fibre d’Aramide, dérivée des polyamides classiques mais encore plus résistante.

La plupart des Polyamides peuvent être mis en forme par la grande majorité des procédé habituels : injection plastique, thermoformage, extrusion… On peut même les pulvériser sur une surface et les cuire pour former une couche protectrice (Rilsanisation…).

Les Polyamides, et en particulier les Aramides (Polyamides Aromatiques), permettent de remplacer avantageusement le métal dans un certain nombre d’applications. A masse égale, on est souvent plus résistant en traction qu’un acier inoxydable. A volume égal, des Polyamides Aromatiques renforcés de fibre de verre longue rivalisent directement avec de très bons aluminiums. Certaines versions résistent sans problème à des températures de plus de 200°C. Le remplacement du métal par ces polymères permet des gains de poids et de coûts très importants. Contrairement aux idées reçues, le bilan écologique est généralement très positif. D’abord parce que les masses de matière sont réduites, ensuite parce que les température de mise en oeuvre sont très inférieures à celles de métaux, réduisant la consommation d’énergie.

La famille des Polyamides compte par exemple :

Les Polyamides 6, 66, 46

Le Polyamide 66 est le Nylon d’origine. Celui qui a fait le succès de la marque. Certainement le meilleur qualité prix de part ses caractéristiques mécaniques. Son seul vrai défaut est d’absorber l’humidité, ce qui fait très légèrement gonfler les produits et les rends moins résistants en traction… mais plus aux chocs. Le Polyamide 6 est une version très similaire, un peu moins résistante à la chaleur et aux stress, qui reste très utilisé car un peu moins chère. Le PA 46 est une version améliorée pour la résistance à la chaleur.

Les Polyamides 10-10

Ce sont des équivalents des Polyamides 6 et 66 où le pétrole a été remplacé par de de l’huile de ricin, une plante qui pousse un peu partout, y compris sur les terres arides. Selon un base de données de l’Union Européenne, utiliser un Polyamide biosourcé divise par 2 les émissions de CO2 par rapport à un PA6. Malheureusement, le prix reste plus important.

Les Polyamides 12 et 11

Le Polyamide 12 est par de nombreux points similaire au PA66. Sa particularité réside dans une faible absorption d’eau et une très bonne résistance générale aux agression de son environnement (UV, hydrocarbures…). On trouve des versions nettement plus flexibles que le PA66, l’ajout de fibres de verre le rigidifie. On entre ici dans le domaine des thermoplastiques haute performance avec des prix de l’ordre de 3 fois celui du PA66.

Le Polyamide 11 est une version biosourcée du Polyamide 12. Les molécules de base (monomères) sont toujours tirées de l’huile ricin. Il est aussi connu sous la marque Rilsan.

Les polyamides amorphes

Leurs propriétés sont similaire à celles du PA12 ou meilleurs suivant les versions. Leur particularité est d’être transparents. Ils sont encore un peu plus chers que le PA12, mais permettent des colorations spéciales.

Les polyarylamides (PAA) et polyphtalamides (PPA)

Ce sont des Polyamides dits « aromatiques » de la famille de l’Aramide. En plus d’être très rigides et résistants mécaniquement, ils acceptent des taux importants de fibre de verre ou de Carbone, jusqu’à 70%. Il s’agit des thermoplastiques les plus résistants à la traction qu’il soit encore possible de mettre en forme par un procédé d’injection plastique. Le prix est loin d’être excessif. 2 à 3 fois celui du PA66. Leur résistance mécanique est proche de celle d’un aluminium. Ils sont couramment utilisés en remplacement du métal, dans le sport, l’automobile, l’outillage à main…

Les Polyamides-Imides (PAI)

Ils présentent des caractéristiques mécaniques proches des PAA, tout en apportant en plus une très bonne résistance à la friction. Ils sont très utilisé dans les roulements à bille par exemple. Leur prix est en conséquence de leurs propriétés et avoisine celui du PEEK (plus de 10 à 20 fois celui du PA66).

Les méta et para-aramides

Concernant les « para », la marque « Kevlar » vous parlera sans doute davantage. Ces Aramides sont très utilisés pour la fabrication de fibres et de textiles de très haute résistance mécaniques. On en fait par exemple des gilets par-balle, des cordes militaires, des treillis de pneumatiques, des cordages de raquettes de tennis…

Les « méta », connus sous la marque « Nomex », sont utilisés pour leur résistance exceptionnelle au feu.

Exemples d’usages

  • Équipements et articles de sport.
  • Outillage à main.
  • Composants mécaniques : rondelles, vis, engrenages, jonctions, roulements…
  • Dans certains emballages lorsqu’une barrière à l’oxygène ou une certaine résistance à la chaleur est nécessaire.
  • Sous forme de fils : sutures, cordes de guitares, fil de pèche…
  • Sous forme de fibres : vêtements, toiles de tentes, de parachute, cordages…
  • Traitement de surface des métaux, notamment PA11 et 12.
  • Boîtiers et composants électriques, pour les grades retardés au feu.
  • Une grande variété de produits nécessitant une bonne résistance mécanique…

Avantages / Inconvénients

  • Excellente résistance aux contraintes mécaniques

  • Bonne résistance aux UV

  • Bonne résistance à la chaleur

  • Très bonne résistance à l’abrasion

  • Relativement facile à injecter

  • Très bonne résistance aux chocs

  • Prix très raisonnable à vue des performances

  • Pour les PA6 et 66 : reprise d’humidité importante : variations des caractéristiques techniques, des dimensions, mise en oeuvre avec étuvage…

  • Les version fortement chargées en fibre (verre, carbone) ont tendance à blanchir après plusieurs années au soleil. C’est du à la dégradation d’une couche de quelques microns à la surface, qui révèle les fibres en dessous. Ce phénomène peut être largement limité par des additifs anti-UV.

Exemples de fiches techniques

Ces données peuvent aider à la compréhension générale des Polyamides, toutefois il existe beaucoup de grades différents. Il est indispensable de réaliser une recherche approfondie avec l’aide des fabricants ou distributeurs avant tout choix de matières. Les valeurs sont données après reprise d’humidité (« cond. »).

Matière Rigidité (E) Rupture (Rm) Choc (Charpy entaillé) T° de fusion (Vicat) Absorption d’eau Densité
PA6 1000 MPa 40 MPa 30 kJ/m² 222°C 9 % 1,13 kg/m³
PA66 1700 MPa 60 MPa 12 kJ/m² 260°C 8 % 1,14 kg/m³
PA66 + 30% fibre de verre 7000 MPa 150 MPa 15 kJ/m² 260°C 5 % 1,35 kg/m³
PA46 1000 MPa 55 MPa 35 kJ/m² 295°C 14 % 1,18 kg/m³
PA 1010 1300 MPa 50 MPa 9 kJ/m² 200°C 2,1 % 1,04 kg/m³
PA11 1280 MPa 41 MPa 9 kJ/m² 189°C 1,9 % 1,03 kg/m³
PA12 1100 MPa 45 MPa 6 kJ/m² 178°C 1,5 % 1,01 kg/m³
PA12 + 30% fibre de verre 5700 MPa 110 MPa 25 kJ/m² 180°C 1,4 % 1,22 kg/m³
PA MACM12 transparent 1600 MPa 60 MPa 13 kJ/m² 155°C 3 % 1,00 kg/m³
PA 6-3T (transparent) 1400 MPa 60 MPa 14 kJ/m² 140°C 3,5 % 1,02 kg/m³
PA10T/X (PAA) 2600 MPa 80 MPa 8 kJ/m² 295°C 2,6 % 1,13 kg/m³
PA6T/6I (PAA) + 60% fibre de verre 22500 MPa 250 MPa 11 kJ/m² 325°C 3 % 1,78 kg/m³
PA66+PA6I/X + 60% de fibre de verre longue 21000 MPa 255 MPa 40 kJ/m² 260°C 3,5 % 1,69 kg/m³
PPA + 40% fibre de carbone longue 38000 MPa 314 MPa 214 J/m (IZOD) 1,38 kg/m³
PAI 4900 MPa 192 MPa 140 J/m (IZOD) ~300°C 0,33 % 1,42 kg/m³
PAI + 30% fibre de Carbone 22300 MPa 221 MPa 48 J/m (IZOD) ~300°C 0,26 % 1,48 kg/m³
Fibre de Polyamide 66 (Nylon) 5500 MPa 985 MPa 254°C 1,16 kg/m³
Fibre de Kevlar 49 112400 MPa 3000 MPa 430°C 3,5 % 1,44 kg/m³

Exemples de fabricants

Fabricant PA6/66/… PA1010/610/46… PA11/12/612… Transparents PAA/PPA/… PAI Méta/ParaPA
3D System Duraform (impression 3D)
ALM ALM PA (impression 3D)
Akro Akromid Akromid S (610) Akromid T (PPA)
Akroloy PA+PARA
Araldite Kerimid
Matrimid
Arkema Rilsan (11)
Rilsamid (12)
BASF Ultramid Ultramid S (610) Ultramid T
DSM Akulon
Novamid
Stanyl (46)
EcoPaXX (410)
ForTii
Dupont Zytel PA
Minlon
Zytel LCPA (1010, 610)
Zytel RS (1010, 610)
Elvamide (multipolymer)
Zytel LCPA (612) Zytel HTN (PPA) Nomex
Kevlar
EMS Grivory Grilon Grilamid 1S
Grilamid 2S (PA 610)
Grilamid (12)
Grilamid 2D (612)
Grilamid TR Grivory
Eurotec Tecomid Tecomid NI (610) Tecomid HT
Ensinger Tecamid Tecator
Evonik Vestamid Terra Vestamid Togramid Vestamid HTplus
GEHR GEHR Nylon EcoGEHR Nylon 610 GEHR Nylon 12 TR
Kermel Kermel
Lati Kelon
Latamid
Latamid SP1 (610) Latamid SP2 (612)
Latamid 12
Quadrant Ertalon
Nylatron
Ertalon Duratron
Radici Radilon
Radistrong
Heramid
Torzen
Radilon D (610) Radilon DT (612) Radilon XTreme
Ravago Ravamid
Solvay Technyl Kalix 2xxx (PA 610)
Technyl (610)
IXEF (PAA)
Amodel (PPA)
Omnix (?)
Kalix 9xxx (PAA)
Technyl One
Torlon
Tayho Newstar
Tarapan
Teijin Twaron
Technora
Teijinconex
Sulfron
Toray Arawin

Images : EMS Grivory (1,2,4), Solvay (3,5), Dupont (6)

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