1 Propriétés mécaniques
En ajustant le rapport entre les segments souples et durs, la dureté des élastomères polyéther-ester peut varier sur une large plage (Shore D 32-82) ; leur élasticité et leur résistance se situent entre celles du caoutchouc et des plastiques. Comparés à d'autres élastomères thermoplastiques (TPE), les élastomères polyéther-ester présentent un module plus élevé dans des conditions de faible-déformation que les autres TPE de dureté équivalente. Lorsque le module est un paramètre de conception critique, l'utilisation d'élastomères polyéther-ester permet de réduire la section transversale-de la surface du produit fini, minimisant ainsi la consommation de matériaux.
Les élastomères polyéther-esters possèdent une résistance à la traction exceptionnellement élevée. Comparés aux polyuréthanes thermoplastiques (TPU), les élastomères polyéther-ester présentent des modules de compression et de traction significativement plus élevés ; par conséquent, lors de la fabrication d'un composant identique utilisant un élastomère polyéther-ester et du TPU de même dureté, le premier est capable de résister à des charges plus lourdes. À des températures supérieures à la température ambiante, les élastomères polyéther-esters maintiennent un module de flexion élevé, mais -contrairement aux TPU-ils ne deviennent pas excessivement rigides à basses températures. Cela les rend particulièrement bien-adaptés à la fabrication de poutres en porte-à-faux ou de composants de roulements de couple-, et particulièrement idéaux pour les applications impliquant des environnements-à haute température. Les élastomères polyéther-esters démontrent une excellente flexibilité à basse-température ; leur résistance aux chocs crantés à basse température surpasse celle des autres TPE, tandis que leur résistance à l'abrasion est comparable à celle des TPU. Dans des conditions de faible -déformation, les élastomères polyéther-esters présentent une résistance à la fatigue supérieure et une perte d'hystérésis minimale. Cette caractéristique, combinée à leur grande élasticité, fait de ce matériau un choix idéal pour les applications impliquant des charges cycliques répétitives, telles que les engrenages, les rouleaux, les accouplements flexibles et les courroies.
2 Propriétés thermiques
À moins d'être stabilisés avec des antioxydants, les élastomères thermoplastiques polyéther-esters subissent une dégradation rapide dans diverses conditions-y compris l'exposition au brouillard d'eau, à l'ozone et aux environnements atmosphériques extérieurs. Cette dégradation se traduit par une réduction de la viscosité et du poids moléculaire relatif, une baisse de l'allongement à la rupture du matériau et une détérioration de son taux de récupération élastique instantané. Cette réaction de dégradation dans les polyéther-esters se déroule via un mécanisme radicalaire-libre, probablement initié par une attaque oxydative sur les atomes de carbone adjacents aux atomes d'oxygène de l'éther dans le squelette du polymère. Lors de la scission de chaîne, du formaldéhyde est généré ; ce formaldéhyde est ensuite oxydé en acide formique, qui, à son tour, catalyse une nouvelle scission de chaîne. Pour améliorer la résistance des élastomères polyéther esters à la dégradation oxydative, des méthodes de stabilisation appropriées doivent être utilisées ; le système stabilisant ajouté doit comprendre des piégeurs de radicaux libres, des décomposeurs de peroxyde et des piégeurs de formaldéhyde.
Les élastomères de polyéther ester présentent une excellente stabilité thermique ; généralement, plus la dureté est élevée, meilleure est la résistance à la chaleur. Les rapports de la littérature indiquent que lorsqu'ils sont soumis à un chauffage continu pendant 10 heures à 110 degrés et 140 degrés, les élastomères de polyéther ester ne subissent pratiquement aucune perte de poids ; même après 10 heures de chauffage à 160 degrés et 180 degrés, la perte de poids reste minime-seulement 0,05 % et 0,1 %, respectivement. Les courbes thermogravimétriques isothermes révèlent que les élastomères polyéther esters commencent à perdre du poids à 250 degrés, atteignant une perte de poids cumulée de 5 % à 300 degrés, avec une perte de poids significative au-delà de 400 degrés. Par conséquent, les élastomères polyéther ester possèdent une température de service maximale très élevée-avec des limites encore plus élevées pour l'exposition à court-terme-et sont capables de résister aux températures de cuisson de la peinture-(150-160 degrés) généralement rencontrées sur les lignes de production automobile. De plus, ils présentent une perte minimale de propriétés mécaniques à des températures extrêmes élevées et basses. Lorsqu'ils sont utilisés à des températures supérieures à 120 degrés, la résistance à la traction des élastomères polyéther ester dépasse largement celle des polyuréthanes thermoplastiques (TPU).
De plus, les élastomères polyéther esters démontrent des performances exceptionnelles à basse température. Leur point fragile descend en dessous de -70 degrés ; de plus, plus la dureté est faible, plus la résistance au froid est grande, ce qui permet à la plupart des élastomères de polyéther ester d'être utilisés en continu pendant de longues périodes à des températures aussi basses que -40 degrés. En raison des performances équilibrées présentées par les élastomères polyéther ester dans les plages de températures élevées et basses, ils possèdent une fenêtre de température de fonctionnement exceptionnellement large, capable de fonctionner efficacement dans la plage de -70 degrés à 200 degrés.
3. Résistance aux milieux chimiques
Les élastomères polyéther esters possèdent une excellente résistance à l'huile et, à température ambiante, peuvent résister à la plupart des milieux chimiques liquides polaires (tels que les acides, les bases, les amines et les composés glycolés). Cependant, ils sont sensibles aux effets des hydrocarbures halogénés (à l’exception des fréons) et des composés phénoliques. Généralement, leur résistance chimique s’améliore en proportion directe avec l’augmentation de la dureté. Les élastomères de polyéther ester présentent une résistance robuste au gonflement et à la perméation lorsqu'ils sont exposés à la plupart des solvants organiques, des carburants et des gaz ; plus précisément, leur perméabilité au carburant n'est que d'un-tiers à un-trois-centième de celle des caoutchoucs conventionnels résistants à l'huile-, tels que le néoprène, le polyéthylène chlorosulfoné et le caoutchouc nitrile. Cependant, les élastomères polyéther esters présentent une résistance relativement faible à l'eau chaude ; l'ajout de stabilisants polycarbodiimide peut améliorer considérablement leur résistance à l'hydrolyse. Il a été rapporté que l'introduction de PEN ou de PCT dans les segments durs du PBT au sein des chaînes moléculaires des élastomères de polyéther ester donne des matériaux présentant une résistance supérieure à l'eau et à la chaleur.
4. Résistance aux intempéries et résistance au vieillissement
Les élastomères polyéther esters démontrent une excellente stabilité chimique dans une grande variété de conditions, notamment l'exposition au brouillard d'eau, à l'ozone et au vieillissement atmosphérique extérieur. Comme c’est le cas pour la plupart des TPE, la dégradation se produit sous l’influence de la lumière ultraviolette (UV). Des additifs protecteurs-notamment du noir de carbone, divers pigments et d'autres matériaux de protection-peuvent être utilisés pour atténuer cet effet. L'utilisation synergique d'antioxydants phénoliques et d'absorbeurs UV de type benzotriazole- s'avère particulièrement efficace pour assurer une protection contre le vieillissement induit par les UV-.
L’oxydation induite par la lumière et la chaleur constitue les deux principaux facteurs à l’origine de la dégradation et du vieillissement des élastomères polyéther esters. Les copolyesters PEG-PBT, en particulier, présentent une faible résistance à la fois à la chaleur et à la lumière, ce qui les rend très sensibles à une grave dégradation thermique-oxydante et photo-oxydante. Les températures élevées accélèrent ce processus de dégradation. À mesure que le vieillissement progresse et que le poids moléculaire diminue, l'allongement à la rupture du matériau diminue et son taux de récupération élastique instantané se détériore.
De plus, les élastomères polyéther esters présentent divers degrés de susceptibilité à l'hydrolyse. Lorsqu'ils sont exposés à l'eau, ces élastomères subissent des réactions de réticulation-, entraînant une formation accrue de substances de type gel-. La susceptibilité inhérente des copolyesters PEG-PBT à la dégradation hydrolytique est précisément la propriété exploitée lors de leur utilisation comme échafaudages de biomatériaux pour l'implantation dans le corps humain. Dans les environnements aqueux, les copolyesters PEG-PBT se dégradent via un mécanisme hydrolytique : les molécules d'eau attaquent les liaisons ester situées entre les segments PEG et PBT, provoquant le clivage des chaînes polymères. Les produits de dégradation résultants sont constitués de PEG et de fragments de PBT de faible-poids moléculaire-. Le taux de dégradation est influencé par divers facteurs-y compris la composition, la température, le niveau de pH et l'activité enzymatique-avec une teneur en PEG, des températures et des valeurs de pH plus élevées conduisant généralement à des taux de dégradation plus rapides. En ajustant avec précision les proportions relatives des deux composants constitutifs, le taux de dégradation peut être adapté pour répondre aux exigences spécifiques de diverses applications.
5. Haute résilience
Lorsque les matériaux TPEE sont utilisés dans la fabrication de ressorts, ils confèrent une durée de vie exceptionnellement longue aux composants. Cette capacité facilite un fonctionnement fluide et stable dans des applications telles que les systèmes ferroviaires, permettant aux trains d'exécuter des manœuvres-y compris le démarrage, l'accélération, la décélération et l'arrêt-avec une fluidité remarquable. Contrairement aux ressorts métalliques, ils ne rouillent pas, ne se détériorent pas dans des conditions environnementales naturelles et ne souffrent pas de rupture élastique ou de perte d'élasticité. De plus, par rapport aux matériaux en caoutchouc, il offre une réutilisation supérieure tout en conservant une excellente élasticité.
6. Traitement et moulabilité
Le TPEE possède une excellente stabilité à l’état fondu et une grande thermoplasticité, ce qui lui confère une excellente aptitude au traitement. Il peut être traité à l'aide de diverses techniques de traitement thermoplastique, telles que l'extrusion, le moulage par injection, le moulage par soufflage, le moulage par rotation et le moulage par fusion. À de faibles taux de cisaillement, la viscosité à l’état fondu du TPEE est relativement insensible aux changements du taux de cisaillement ; cependant, à des taux de cisaillement élevés, la viscosité de la matière fondue diminue à mesure que le taux de cisaillement augmente. Étant donné que les matières fondues TPEE sont très sensibles à la température-avec une viscosité à l'état fondu variant de plusieurs à plusieurs dizaines de fois dans une plage de fluctuation de température de seulement 10 degrés -, la température doit être strictement contrôlée pendant le processus de moulage.
Pour garantir que la teneur en humidité de la résine reste inférieure à 0,1 %, il est nécessaire de pré-sécher le matériau à l'aide d'un séchoir à air chaud-(à 80 - 120 degrés pendant 6 à 8 heures) avant le traitement.
1. Moulage par extrusion
À l’aide d’extrudeuses de plastique standard, le TPEE peut être extrudé sous diverses formes telles que des feuilles, des tubes, des tiges et des gaines métalliques. Une conception de vis à usage général-à approfondissement progressif est généralement utilisée, avec un rapport longueur-sur-diamètre (L/D) supérieur ou égal à 24 :1 et un taux de compression de (2,7–4) :1.
2. Moulage par injection
Les techniques de moulage par injection permettent de produire des articles dans une grande variété de formes et de tailles. Les machines d'injection à vis alternative-sont préférées pour cette application, car elles produisent une masse fondue avec une distribution de température très uniforme et constante. La profondeur du canal de vis doit suivre un profil progressif ; un taux de compression de 3,0 à 3,5 est recommandé, ainsi qu'un rapport L/D de vis de (18 à 24) : 1. Les pressions d'injection varient généralement de 80 à 120 MPa, en utilisant une vitesse d'injection lente-à-moyenne.
3. Moulage par soufflage
Les applications de moulage par soufflage nécessitent des résines présentant une viscosité à l’état fondu et une résistance à l’état fondu élevées. En appliquant des techniques d'extension de chaîne chimique-lors de l'extrusion du polymère-plus précisément en incorporant des segments fonctionnels spéciaux dans les chaînes moléculaires TPEE-il est possible de produire des qualités TPEE à haute-viscosité capables de répondre aux exigences du moulage par soufflage de gros composants spécialisés (tels que les conduits d'admission d'air du moteur).
4. Autres procédés de moulage
Le TPEE convient également aux processus tels que le rotomoulage et le moulage par fusion. Par exemple, le rotomoulage peut être utilisé pour fabriquer des articles tels que des ballons et des petits pneus tubeless. Le moulage par fusion, quant à lui, offre les avantages de faibles coûts de traitement et d’une excellente stabilité dimensionnelle des produits finis.
