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Vectra® A - Polyester à cristaux liquides ( Vectra A )

Informations Matériau

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Appellations commerciales communes
Vectra® A, Xydar
 
Description générale :  

Description générale : Ces matériaux sont remarquables - non seulement ils sont des thermoplastiques de haute qualité avec les propriétés qui leur sont usuellement inhérentes, mais de plus, ils ont d'autres caractéristiques distinctives de par leur nature cristalline liquide. Ils possèdent des molécules linéaires rigides qui se répartissent en zones selon l'ordre tridimensionnel caractéristique des cristaux solides. En général, cela apparaît en solution comme dans la coulée et est généralement accéléré par la force de cisaillement ou par le flux généré par le fort degré d'orientation dans le sens du flux. Dans le cas de ces polyesters transformables par fusion ou thermotropiques (au sens strict : formation de régions cristallines liquides dans la coulée), c'est dans la coulée que cette propriété est d'une importance pratique. Mais dans le cas du Kevlar, qui se décompose en dessous de son "point de fusion", les cristaux liquides sont formés en solution et sont utilisés pour atteindre un haut degré d'orientation et les propriétés résultantes.

L'une des conséquences principales de cette morphologie est que la structure tout comme les propriétés du matériau sont fortement anisotropiques. La morphologie est globalement similaire à celle d'un polymère renforcé de fibres mais dont le renforcement est constitué de molécules orientées du matériau de matrice ; il est par conséquent souvent appelé polymère auto-renforçant.

Les approches de conception basées sur l'utilisation des polymères renforcés de fibres (PRF) peuvent être appliquées jusqu'à un certain point aux polymères auto-renforçants ; il est toutefois important de noter, qu'à l'opposé des PRF normaux, l'adjonction de fibres aux polymères auto-renforçants (les additifs de verre et de carbone sont relativement souvent utilisés) réduit au lieu d'augmenter le degré d'anisotropie. La morphologie des polymères auto-renforçants peut ainsi être comparée à celle du bois et le principe d'orientation du grain peut être utilisé pour comprendre sa nature.

Le Vectra présente de très bonnes propriétés mécaniques pour ce qui est de l'orientation moléculaire et la direction de coulée, à l'inverse des caractéristiques moins bonnes dans les autres dimensions. C'est ainsi que les propriétés d'un matériau moulé dépendent en grande partie du comportement du flux de fusion pendant la fabrication. Les couches extérieures d'une pièce moulée par extrusion ou injection seront en règle générale fortement et uniformément orientés, et ce parallèlement à la surface. Dans l'âme, tout du moins des pièces simples, il y a généralement un "auto-mélange" dans la coulée, ayant pour conséquence une orientation moléculaire à peu près perpendiculaire à la direction générale du flux. L'une des conséquences de ceci est que la pratique courante de l'usinage de prototypes avant de faire un moule pour injection peut amener à des résultats fortement erronés.

L'exemple classique est une bobine à rebords qui, faite à partir d'une tige avec un axe parallèle à celle-ci, aura des rebords extrèmement fragiles. A l'inverse, dans le cas d'une pièce moulée par injection, ceux-ci seront solides et rigides. Par ailleurs, les couches extérieures de produits semi-finis étant par nature très fibrillaires, ceci peut causer des problèmes consécutifs s'ils sont usinés (fibrillation, déchirement, fini de surface imparfait et difficultés éventuelles au niveau des tolérances dimensionnelles).

Ces deux sortes de problèmes amènent le fabricant à un avertissement quant à l'usinage et nous-mêmes devons décliner toute responsabilité en ce qui concerne le résultat dans le cas de toute tentative d'usinage. Ceci confine toutefois les fabricants de prototypes qui veulent utiliser ce matériau dans un sérieux dilemme...., il n'y a jusqu'à présent pas de solution satisfaisante. C'est pourquoi, nous espérons que ces observations aideront les utilisateurs qui souhaitent usiner ce matériau, de le faire, mais en toute connaissance des risques.

A l'exception de leur très forte résistance à l'impact que nous évoquerons ultérieurement dans ce paragraphe, les propriétés mécaniques publiées sont largement similaires à celles des polymères industriels renforcés par fibre de verre. Mais il découle du paragraphe précédent que ces propriétés dépendent plus que jamais de l'échantillon. Il faut donc observer une prudence toute particulière. Ceci est d'autant plus vrai que la résistance à l'impact, notamment en brèche (ou les résultats dépendent de si et comment la brèche pénètre les couches superficielles hautement orientées), est probablement sous-estimée dans les résultats de tests conventionnels.

Toutefois, il apparaît même au regard de ces valeurs-ci que les polymères auto-renforçants ont une grande résistance aux chocs (pas loin des polycarbonates) et bien plus remarquable que les polymères industriels conventionels renforcés de fibres dont la résistance et les modules sont largement comparables aux ceux des polymères auto-renforçants. De plus, une forte proportion de cette rigidité reste aux températures d'azote liquide.

La couleur naturelle du Vectra est brunâtre/jaune opaque. Il possède de bonnes propriétés de "creep" (voir "Nimonic 90®") et de fatigue, mais ses caractéristiques de résistance à l'usure, particulièrement celles des variétés non remplies, sont fortement affectées par la fibrillation de la surface. Ses propriétés de protection sont excellentes (au moins comparables à celles du PVDC) et sa résistance aux radiations, aux UV, aux attaques chimiques et à l'hydrolyse est très bonne. Il est insoluble dans la plupart des solvants (et donc très difficile à définir scientifiquement) mais est attaqué dans une certaine mesure par les acides forts et un peu plus par les bases. Cependant, même pour les bases, il faut combiner des températures élevées, de fortes concentrations et une longue exposition à ces conditions pour constater une dégradation notable des caractéristiques.

Une autre de ses remarquables propriétés est son faible, bien qu'anisotropique, coefficient d'expansion thermique, au point que ceci, lorsque parallèle à la direction du flux, affiche une (faible) valeur négative. [Cette caractéristique tout à fait rare s'observe également pour les fibres fortement orientées : carbone et Kevlar]. En pratique on peut modifier ce coefficient sensiblement si on sélectionne des conditions de moulage et de qualités différentes et des composants qui correspondent au coefficient d'expansion thermique du verre, de la céramique, de certains métaux et des laminés fibre de verre/époxy. Ceci est utilisé par exemple pour les composants électriques montés en surface.

D'autres conséquences sur la morphologie des polymères auto-renforçants qui favorisent le choix du moulage par injection : la faible viscosité en fusion (après cisaillement) favorisant les pièces longues et complexes; très faible déformation et rétrécissement favorisant la fabrication de pièces de haute précision ; très faible chaleur de fusion permettant des cycles de production rapides. Cependant les joints internes soudés ont tendance à être faibles ; ce point est donc à considérer avec attention lors de la la conception.

Les applications semblent être encore dans les premiers stades du développement, mais comprennent les composants mécaniques et électroniques nécessitant un moulage par injection à tolérances étroites, comme par exemple pour les connecteurs électroniques complexes.

Couleur : Sa couleur naturelle est marron-jaune opaque mais il est souvent coloré de noir.

   

Caractéristiques mécaniques

Coefficient de frottement 0,12-0,14
Dureté - Rockwell M60
Elongation à la rupture ( % ) 3
Module de tension ( GPa ) 2-10
Résistance à l'abrasion - ASTM D1044 ( mg/1000 cycles ) 56
Résistance à la compression ( MPa ) 70
Résistance à la traction ( MPa ) 55-165
Résistance aux chocs - IZOD ( J m-1 ) 520

Caractéristiques physiques

Absorption d'eau - equilibre ( % ) 0,03
Absorption d'eau - sur 24 heures ( % ) 0,02
Densité ( g cm-3 ) 1,40
Indice limite d'oxygène ( % ) 35
Inflammabilité V0 à 0,8 mm
Résistance à la radiation Bonne
Résistance aux ultra-violets Bonne

Caractéristiques thermiques

Chaleur spécifique ( J K-1 kg-1 ) 1000
Coefficient d'expansion thermique ( x10-6 K-1 ) -5 à +75
Conductivité thermique à 23C ( W m-1 K-1 ) 0,18
Temp. de déflection à la chaleur - 0,45 MPa ( C ) 220
Temp. de déflection à la chaleur - 1,8 MPa ( C ) 180
Temp. maximale d'exploitation ( C ) 200-220
Temp. minimale d'exploitation ( C ) ~ -200

Caractéristiques électriques

Constantes diélectriques à 1 MHz 3,0
Facteur de dissipation à 1 MHz 0,02
Résistance diélectrique ( kV mm-1 ) 47 à 1,5 mm
Résistivité de surface ( Ohm/carré ) 4x1013
Résistivité volumique ( Ohmcm ) 1016

Résistances chimiques

Acides - concentrés Bonne-Mauvaise
Acides - dilués Bonne
Alcalins Bonne-Passable
Alcools Bonne
Cétones Bonne
Graisses et huiles Bonne
Halogènes Bonne
Hydro-carbones halogènes Good(?)
Hydrocarbures aromatiques Bonne

Les propriétés du Vectra® A - Polyester à cristaux liquides Fibre

Caractéristique valeur
Matériau Vectran HS
Coefficient d'expansion thermique x10-6 K-1 -ve.
Densité g cm-3 1,4
Extension à la rupture % 3,3
Module GPa 65
Module spécifique cN/tex 4800
Rétrécissement à 100C % =<0,5
Ténacité spécifique cN/tex 210

Les propriétés du Vectra® A - Polyester à cristaux liquides Fibre Coupée

Caractéristique valeur
Matériau Vectran HS
Coefficient d'expansion thermique x10-6 K-1 -ve.
Densité g cm-3 1,4
Extension à la rupture % 3,3
Module GPa 65
Module spécifique cN/tex 4800
Rétrécissement à 100C % =<0,5
Ténacité spécifique cN/tex 210

Les propriétés du Vectra® A - Polyester à cristaux liquides Film

Caractéristique valeur
Perméabilité à l'eau à 38C x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1 400
Perméabilité à l'oxygène à 25C x10-13 cm3. cm cm-2 s-1 Pa-1 0,0002

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