Le Torlon PAI est recommandé pour les applications qui doivent fonctionner de manière fiable dans des conditions de contraintes physiques et de forces de frottement extrêmes, d’exposition aux rayonnements et aux produits chimiques, ainsi que dans des conditions cryogéniques et à des températures élevées dépassant les limites de la plupart des polymères.
Les tubes en Torlon se sont révélés très efficaces pour l’usinage de pièces de forme circulaire ou tubulaire destinées à des équipements fonctionnant dans ces conditions d’utilisation extrêmes.
Quels sont les avantages des tubes en Torlon ?
Que la pièce soit usinée à partir d’un tube, d’une barre ronde ou d’une plaque en Torlon, le point de départ pour choisir le matériau réside dans l’ensemble des propriétés offertes par les différentes Grades de Torlon.
Avantages du Torlon PAI en termes de performances
Le Torlon PAI offre une combinaison impressionnante et inégalée de propriétés. Les caractéristiques de performance les plus remarquables de ce matériau sont les suivantes :
- Résistance à la température – Le Torlon PAI présente une grande stabilité thermique sous contrainte. Sa température de transition vitreuse (Tg) ou son point de ramollissement, qui s’élève à275 °C(527 °F), est supérieure à celle de tout thermoplastique transformable par fusion, et reste constante pour toutes les Grades. Les différentes Grades de Torlon présentent également une température de déformation thermique élevée, de278 °C(532 °F), selon les essais standard de l’ASTM.
Le Torlon PAI conserve également sa résistance et sa solidité à des températures cryogéniques. Cette caractéristique, associée à sa résistance aux rayonnements, a conduit à l’adoption de spécifications pour des pièces fonctionnelles usinées à partir de tubes en Torlon destinés aux équipements spatiaux.
- Résistance à l’usure – Le Torlon PAI présente un coefficient de frottement intrinsèquement faible. Le Torlon 4301 et le Torlon 4275 offrent une résistance à l’usure encore supérieure. Ces Grades à résistance à l’usure améliorée sont modifiés à l’aide de diverses combinaisons de lubrifiants solides, tels que le PTFE, le graphite et les fibres de carbone, qui sont intégrés de manière homogène dans chaque formulation. Elles prolongent la durée de vie des composants en service et permettent d’espacer les arrêts de production nécessaires au remplacement des pièces, ce qui se traduit par une augmentation significative de la productivité et du rendement.
Le tube en Torlon est souvent choisi comme profil usinable pour ces Grades destinées aux roulements et à la résistance à l’usure. Il s’agit de la forme la plus économique pour l’usinage de joints, de bagues et d’autres applications présentant des configurations circulaires qui doivent fonctionner de manière fiable sous des charges dynamiques élevées.
Outre les grades Torlon standard, Drake Plastics formule trois grades différents de Drake PAI destinés aux roulements et à la résistance à l’usure, anciennement produits par Syensqo, et les transforme en tubes Torlon destinés à diverses applications. Toutes ces qualités sont fabriquées à partir de polymère Torlon PAI contenant différents niveaux de lubrifiants solides, conformément aux anciennes formulations de Syensqo. Drake extrude ces pièces extrudées à l’aide de sa technologie exclusive Seamless Tube®, qui élimine les lignes de soudure pouvant constituer des points de faiblesse dans les tubes extrudés selon des méthodes conventionnelles.
- Haute résistance et rigidité à des températures élevées – L’une des caractéristiques distinctives du Torlon PAI réside dans le fait qu’il conserve son module de flexion élevé à des températures dépassant les limites de la plupart des autres polymères. Le Torlon 5030 renforcé de verre et le Torlon 7130 renforcé de fibres de carbone présentent des teneurs en charges qui augmentent encore davantage la résistance structurelle du matériau.
- Stabilité dimensionnelle – Le faible coefficient de dilatation thermique du polymère PAI garantit que les composants de précision usinés à partir de tubes en Torlon conservent leurs dimensions critiques, même en cas de variations rapides des températures de fonctionnement. La résistance au fluage de ce matériau permet également de préserver l’intégrité structurelle des pièces soumises à des charges.
- Résistance chimique – Le Torlon PAI résiste à toute une gamme de produits chimiques, notamment les carburants pour avions, les huiles et divers autres hydrocarbures. Toutefois, des facteurs tels que la température et la pression peuvent influencer les performances de n’importe quel matériau dans un environnement donné. Il est toujours recommandé de vérifier la résistance chimique pour une application donnée directement auprès du fournisseur du matériau et, en dernier ressort, en testant les pièces réelles dans leur environnement d’exploitation.
Les avantages du post-durcissement des tubes et des pièces usinées en Torlon
La composition chimique unique du Torlon PAI permet à ses chaînes polymères de s’allonger et de se réticuler lors du durcissement thermique. L’avantage réside dans le fait que des conditions de post-durcissement optimales permettent d’obtenir, sur la surface extérieure des tubes et des pièces usinées en Torlon, une surface présentant la Tg la plus élevée ainsi que la meilleure résistance à l’usure et aux agents chimiques.
Un post-durcissement adéquat nécessite généralement plus de deux semaines à la température optimale de 500 °F / 262 °C. Ces conditions permettent d’obtenir une surface dure, foncée et hautement performante, tandis que le matériau interne reste moins durci. L’usinage de la surface fait également apparaître la couleur plus claire du matériau interne (photo).
Dans le cas des tubes en Torlon, un post-durcissement complet confère des propriétés optimales de roulement et de résistance à l’usure aux surfaces extérieures et intérieures. Par conséquent, les surfaces extérieures et/ou intérieures peuvent servir de surfaces hautement résistantes à l’usure et capables de supporter des charges, notamment pour des applications telles que les rouleaux. Si l’usinage de la surface optimisée s’avère nécessaire pour respecter les spécifications de conception de la pièce, il est conseillé de soumettre les pièces finies à un post-durcissement afin de rétablir les propriétés idéales au niveau de l’interface de roulement et d’usure.
Drake Plastics est l’un des principaux extrudeurs de tubes en Torlon ; l’entreprise procède au post-durcissement de tous ses semi-produits et dispose de la capacité et de l’expertise nécessaires pour effectuer également le post-durcissement de pièces usinées.
Avantages du tube en Torlon dans la fabrication de pièces
Le tube en Torlon est la forme idéale pour des pièces telles que les joints et les bagues. Il se prête également à l’usinage, à condition que le tube ait été extrudé et post-durci correctement.
- Usinabilité – L’efficacité et la reproductibilité des dimensions précises des pièces lors de l’usinage dépendent en premier lieu de la qualité et de la stabilité du tube en Torlon extrudé. Des conditions d’extrusion et de post-durcissement appropriées permettent de minimiser les contraintes internes du tube en Torlon, qui pourraient sinon entraîner une déformation lors de l’usinage et en cas d’exposition aux variations de température au sein de l’équipement de fonctionnement. À l’inverse, un tube en Torlon de haute qualité permet d’obtenir des pièces usinées présentant des tolérances de précision reproductibles et de faibles contraintes résiduelles.
- Aspects économiques de la production – La configuration en tube s’impose comme le choix évident pour l’usinage de composants tels que les bagues d’étanchéité, les engrenages circulaires et les douilles. La perte de matière, minime par rapport à l’usinage de ce type de pièces à partir de barres rondes, est un avantage non négligeable.
Par le passé, certaines applications de grand diamètre étaient également usinées à partir de plaques, ce qui entraînait une perte de matière importante en raison de l’absence de tubes en Torlon de grandes dimensions. Drake Plastics a toutefois mis au point une technologie permettant d’extruder des tubes en Torlon dans une large gamme de combinaisons de diamètres intérieur et extérieur, ce qui évite de recourir à d’autres formes de matériau moins efficaces.
Quelles sont les applications les plus courantes des tubes en Torlon ?
Les tubes en Torlon offrent un bon rapport coût-efficacité et des performances élevées pour les composants usinés complexes qui doivent fonctionner de manière fiable à des températures extrêmes, sous des charges structurelles ou dynamiques élevées. Parmi les applications typiques, on peut citer :
- Douilles de roulement et bagues – Les tubes en Torlon sont souvent choisis pour la fabrication de douilles de roulement usinées, de bagues et d’autres composants rotatifs soumis à l’usure, et remplacent fréquemment le métal nécessitant une lubrification externe. Les Grades Torlon destinés aux roulements et à la résistance à l’usure ont également fait leurs preuves dans des applications soumises à des contraintes thermiques élevées au sein des équipements de forage pétroliers et gaziers. Leurs performances fiables dans des conditions cryogéniques et en présence de rayonnements ont également conduit à de nombreuses applications dans les équipements aérospatiaux et les engins spatiaux.
- Bagues d’usure, bagues de guidage et composants de butée — L’excellente résistance à l’usure et le faible fluage du Torlon en font un choix idéal pour les pièces qui doivent résister à des forces de frottement et conserver leurs dimensions sous des pressions élevées.
- Sièges de soupape — Le Torlon PAI est particulièrement adapté aux applications de sièges de soupape qui doivent fonctionner de manière fiable à des températures et des pressions élevées ou sous des contraintes mécaniques importantes. Sa résistance chimique est un autre facteur qui justifie son utilisation dans de nombreuses spécifications relatives à ces composants.
- Composants de pompes et de compresseurs — Le Torlon est couramment utilisé pour la fabrication de segments de compresseur, de chemises de pompe, de supports de roulements et de composants cylindriques exposés à des pressions, des températures et des frottements élevés.
- Composants pour l’aérospatiale et la défense – La conformité du Torlon PAI aux spécifications FAR 25.853 de la FAA en matière d’inflammabilité, de dégagement de fumée et de toxicité, ainsi qu’aux normes internationales AS9100 applicables à l’aéronautique, à la défense et à l’aérospatiale, explique son utilisation dans de nombreuses applications structurelles, de roulements et de pièces d’usure dans ces secteurs. Il est également utilisé comme raccord de tuyauterie pour les systèmes d’alimentation en carburant des avions de chasse.
- Composants destinés à la fabrication de semi-conducteurs – Les tubes en Torlon sont usinés pour former des douilles ainsi que des isolants thermiques et électriques et des isolateurs destinés aux équipements de fabrication de semi-conducteurs.
- Composants spécialisés destinés à l’automobile haute performance — Le Torlon est utilisé dans les rondelles de butée de boîte de vitesses, les bagues spécialisées pour systèmes de direction et les composants de turbocompresseurs et de compresseurs mécaniques qui doivent offrir des performances à haute température sous des contraintes physiques et dynamiques extrêmes.
L’utilisation des tubes en Torlon pour la fabrication de composants usinés n’a cessé de progresser dans les secteurs de haute technologie à l’échelle mondiale, et cette croissance a été particulièrement marquée avec l’élargissement des applications dans le domaine des engins spatiaux ainsi que des équipements destinés à l’exploration et à la cartographie de l’espace lointain.
Pourquoi la méthode d'extrusion des tubes en Torlon est-elle importante ?
Les tubes en Torlon sont principalement fabriqués par extrusion à l’état fondu. Cependant, les techniques d’extrusion des tubes varient considérablement d’un fabricant à l’autre, ce qui peut avoir une incidence sur les performances des pièces usinées.
Par exemple, l’utilisation d’une matrice de type « araignée », dotée d’un mandrin central qui détermine les dimensions du diamètre extérieur et du diamètre intérieur, est une méthode couramment employée pour l’extrusion de tubes rigides en plastiques haute performance. Cependant, les matrices de type « araignée » divisent le flux de matière fondue en plusieurs voies d’écoulement qui forment ensuite des lignes de soudure lorsque la matière se recombine ou « s’entremêle » pour prendre la configuration finale du tube en aval.
Les lignes de soudure peuvent constituer des points faibles dans le tube en Torlon, ce qui peut poser problème pour les composants soumis à des contraintes circonférentielles élevées. Parmi les autres problèmes liés à cette méthode d’extrusion des tubes en Torlon, on peut citer l’épaisseur de paroi irrégulière.
Pour remédier à ces problèmes, Drake Plastics a mis au point ce qu’elle appelle sa technologie « Seamless Tube® » pour le Torlon et d’autres plastiques haute performance. Ce procédé permet d’obtenir une section transversale homogène, sans traces d’écoulement ni lignes de soudure. Avec les grades renforcés de fibres, ce procédé oriente les fibres dans la direction qui optimise la résistance à l’éclatement et la résistance aux contraintes circonférentielles.
Les progrès réalisés dans le domaine de la technologie d’extrusion, qui ont permis d’obtenir des performances plus fiables, ainsi que l’élargissement de la gamme de combinaisons de diamètres extérieur et intérieur facilement disponibles, ont entraîné une croissance significative des applications d’usinage des tubes en Torlon à l’échelle mondiale.
Outre les équipements d’extrusion et les considérations relatives aux filières, le post-durcissement fait partie intégrante du processus d’extrusion des tubes afin d’obtenir les performances optimales de toute pièce moulée en Torlon. Les extrudeurs compétents disposeront de l’expertise, de l’expérience et de la capacité nécessaires pour gérer l’étape de durcissement post-extrusion, tout en garantissant des délais de production et de livraison fiables pour les applications de tubes en Torlon, qui sont généralement critiques.