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Qu'est-ce que le polyimide Vespel® (PI) ?
Vespel® est la marque déposée de DuPont pour ses pièces et formes usinées en polyimide (PI) de haute performance. Plusieurs grades ont été développés avec des propriétés adaptées aux exigences de performance d’environnements d’application extrêmes et diversifiés.
En quoi le polyimide Vespel® est-il différent des polymères thermoplastiques ?
Vespel® PI et les polymères polyimides similaires ont un point de ramollissement ou une température de transition vitreuse (Tg) très proche de leur température de décomposition. Pour le Vespel PI, ce point se situe bien au-delà de 400 °C (752 °F). Cela se traduit par deux différences significatives entre le Vespel® PI et la plupart des thermoplastiques techniques de haute performance :
Performance : La résistance et le module des grades Vespel SP diminuent de manière presque linéaire avec l’augmentation de la température, alors que les propriétés de la plupart des thermoplastiques à hautes performances diminuent de manière significative à l’approche de leur point de ramollissement ou de leur température de transition vitreuse (Tg).
Mise en œuvre : En raison de la très grande proximité de leur Tg ou point de ramollissement avec leur température de décomposition, les polyimides comme le Vespel® PI n’ont pas une phase de fusion de type thermoplastique qui leur permet d’être extrudés par fusion en pièces extrudées ou moulés par injection en pièces usinées.
Comment les formes et pièces usinées en Vespel® PI sont-elles produites ?
Pour produire des formes destinées à être usinées en composants, le polymère Vespel® PI sous forme de poudre est fritté ou fusionné à haute température et sous pression selon différentes méthodes, en fonction de la forme requise. Le processus de frittage lui-même est couramment utilisé dans la métallurgie des poudres.
La barre Vespel® PI est moulée par isostatisme à partir de poudre, tandis que les plaques et les rondes usinables sont moulées par compression. DuPont propose également des pièces fabriquées par formage direct. Ce procédé est plus adapté aux gros volumes de petites pièces. Quelle que soit la méthode de production, toutes impliquent un frittage à des températures et des pressions élevées, un processus généralement associé à la métallurgie des poudres.
Quelles sont les principales propriétés physiques de Vespel® PI ?
Le polymère polyimide confère une combinaison unique de propriétés qui sont inhérentes à tous les grades Vespel® PI. Certains grades sont fabriqués avec des additifs qui améliorent des propriétés spécifiques.
Les caractéristiques communes à tous les grades Vespel® PI comprennent une rétention élevée des propriétés depuis les températures cryogéniques jusqu’aux températures extrêmement élevées. Elles résistent à l’usure et au frottement dans des conditions de PV élevées, tant pour les composants lubrifiés que pour les composants non lubrifiés. Les grades Vespel® PI présentent également une résistance structurelle élevée, qui se traduit par une résistance au fluage, même à des températures élevées. La résistance aux chocs, les propriétés électriques supérieures et la stabilité dimensionnelle avec un faible coefficient de dilatation thermique linéaire sont parmi les autres propriétés typiques de la gamme de produits Vespel® PI.
Bien que les polyimides frittés à haute température soient généralement considérés comme des polymères fragiles avec un faible allongement et une faible résistance aux chocs, les grades Vespel® SP offrent un allongement et une résistance aux chocs exceptionnellement élevés. Ces propriétés se traduisent par des pièces usinées plus robustes et plus résistantes sur leur large plage de températures de fonctionnement par rapport aux pièces fabriquées à partir d’autres produits de polyimide fritté disponibles dans le commerce.
Les différents grades de Vespel® PI répondent également aux normes de l’industrie aérospatiale en matière de faible inflammabilité et de production de fumée. Ils peuvent résister à une large gamme de produits chimiques, y compris les carburants, les lubrifiants et les fluides hydrauliques utilisés dans les avions. La stabilité thermique à l’oxydation, le faible dégazage et la résistance aux radiations font également de Vespel® PI une option fiable pour les composants des engins spatiaux et des équipements de défense.
Stabilité thermique des propriétés de Vespel® PI
Une autre caractéristique importante des grades de polyimide Vespel® est qu’ils subissent une décomposition thermique à des températures extrêmes supérieures à 400 °C (752 °F), au lieu de se ramollir à mesure que les températures augmentent. La perte de propriétés liée à la dégradation du polymère Vespel® PI est linéaire, contrairement aux thermoplastiques qui présentent une chute brutale des propriétés à mesure qu’ils approchent et traversent leur Tg, puis tombent à zéro lorsqu’ils atteignent leur température de fusion (Tm).
Propriétés isotropes Comportement des formes et pièces usinées en Vespel® PI
Le moulage isostatique et le moulage par compression permettent d’obtenir des propriétés isotropes, c’est-à-dire des propriétés équivalentes le long de tous les axes des formes Vespel® PI fabriquées par ces procédés. Ce même comportement isotrope se retrouve dans les pièces usinées à partir de ces formes.
Les pièces formées directement présentent un comportement anisotrope, avec des propriétés qui dépendent de la direction de la pression de formage appliquée. DuPont collabore avec les concepteurs pour définir les conditions de formage en fonction des exigences de performance de la pièce.
Quelles sont les qualités de Vespel® PI disponibles ?
DuPont propose une gamme de grades Vespel® PI. Leurs différentes compositions ont été développées pour améliorer les performances dans des domaines spécifiques.
La gamme de produits Vespel® SP comprend des grades contenant du graphite et des fluoropolymères dans diverses combinaisons afin d’améliorer les performances de frottement et d’usure par rapport au grade Vespel® SP-1 non chargé. Les charges contribuent également à améliorer la résistance, la stabilité dimensionnelle et la stabilité thermique.
Définis comme des polyimides de nouvelle génération, les grades Vespel® SCP augmentent la stabilité thermique à l’oxydation du polymère PI et résistent au dégazage au-delà des capacités des produits SP. Des grades Vespel® SCP non chargés et plus résistants avec des propriétés de roulement et d’usure améliorées sont également disponibles.
Quelles sont les nuances de Vespel® PI en formes usinables proposées par Drake ?
Drake propose des formes usinables dans trois grades de Vespel® PI non chargés et chargés de graphite qui répondent à une large gamme d’applications : Vespel® SP-1, Vespel® SP-21 et Vespel® SCP-5000.
Le Vespel® SP-1 est un polyimide non chargé qui offre des performances fiables pour les pièces usinées devant fonctionner à des températures cryogéniques allant jusqu’à 300 °C / 570 °F). En outre, Vespel® SP-1 peut supporter de brèves excursions de température jusqu’à 482 °C / 900 °F car il n’a pas de Tg ou de point de fusion mesurable par des méthodes standard.
Parmi les autres caractéristiques de Vespel® SP-1 figurent la stabilité à l’oxydation thermique avec un faible dégazage, des propriétés d’isolation thermique et électrique, ainsi qu’une rigidité et une ductilité supérieures à celles des grades chargés de Vespel® PI.
La teneur en graphite de 15 % dans le Vespel® SP-21 améliore sa résistance au frottement et à l’usure par rapport aux grades non chargés. Cette caractéristique est à l’origine de son utilisation fréquente comme matériau pour les paliers à bride et les paliers lisses, les joints d’étanchéité et les applications d’usure par glissement.
Sa résistance à la flexion et son module de flexion sont supérieurs à ceux du Vespel® SP-1 non chargé. Il excelle également dans la stabilité dimensionnelle mesurée à des températures extrêmes et conserve ses propriétés à des températures de fonctionnement plus élevées de 350 °C / 662 °F. Comme le Vespel® SP-1, le grade SP-21 peut tolérer de brefs pics de température jusqu’à 482 °C / 900 °F.
Décrit comme un polyimide de nouvelle génération, Vespel® SCP-5000 a été développé pour des applications qui requièrent une stabilité thermique à l’oxydation supérieure à celle que les grades PI traditionnels peuvent offrir. Non chargé, il présente une résistance mécanique, une stabilité dimensionnelle et une ténacité intrinsèquement élevées. Vespel® SCP-5000 possède également la résistance chimique caractéristique du polymère polyimide, ainsi que des propriétés diélectriques qui restent stables sur une large plage de températures.
Pièces usinées en Vespel® PI
Drake applique son expertise dans l’usinage de précision des polymères avancés à toute la famille des formes Vespel® PI. Les ressources comprennent des centres d’usinage CNC de pointe avec des capacités allant jusqu’à 8 axes, ainsi que des opérateurs et des ingénieurs qualifiés dans la production et l’inspection des pièces afin de garantir des niveaux de qualité élevés et constants ainsi que le respect des délais de livraison.
Un système de gestion de la qualité adapté aux industries de haute technologie
S’alignant sur les exigences de l’industrie de haute technologie en matière de formes et de composants fabriqués à partir de matériaux avancés, le système de gestion de la qualité de Drake Plasticsest certifié AS9100D(2016) et ISO 9001:2015 par l’industrie aérospatiale mondiale. Ces normes s’appliquent à tous les clients, quel que soit leur secteur d’activité ou leur région.
Vespel® est une marque déposée de E.I. DuPont de Nemours and Company.
