Creative Mechanisms Blog

Qu’est-ce que le Nylon, et à quoi sert-il ?

Le Nylon est un polyamide linéaire thermoplastique synthétique (une grosse molécule dont les composants sont liés par un type particulier de liaison) qui a été produit pour la première fois en 1935 par le chimiste américain Wallace Carothers, qui travaillait alors au centre de recherche DuPont dans le Delaware. Wallace a produit ce qui est techniquement connu sous le nom de Nylon 66 (toujours l’une des variantes les plus courantes). La demande de matériaux synthétiques en général, et de Nylon en particulier, a augmenté pendant la Seconde Guerre mondiale, alors que les articles naturels comme la soie, le caoutchouc et le latex étaient nettement moins disponibles.

Le Nylon est utilisé pour une variété d’applications, y compris les vêtements, le renforcement des matériaux en caoutchouc comme les pneus de voiture, pour être utilisé comme corde ou fil, et pour de nombreuses pièces moulées par injection pour les véhicules et les équipements mécaniques. Il est exceptionnellement solide, relativement résistant à l’abrasion et à l’absorption d’humidité, durable, résistant aux produits chimiques, élastique et facile à laver. Le nylon est souvent utilisé comme substitut des métaux à faible résistance. C’est le plastique de choix pour les composants du compartiment moteur des véhicules en raison de sa résistance, de sa résilience à la température et de sa compatibilité chimique.

Le nylon peut également être combiné avec une grande variété d’additifs pour produire différentes variantes aux propriétés matérielles sensiblement différentes. Voici un aperçu d’un engrenage composite composé à la fois de Nylon et de carbone.

Le Nylon est couramment désigné par la désignation chimique « PA » (par exemple, PA 6 ou PA 6/66) et est le plus largement disponible en noir, en blanc et dans sa couleur naturelle (blanc cassé ou beige). La variante la plus courante pour les applications techniques est sans doute le Nylon 6/6. Le Nylon 6/6 peut être extrudé (fondu et forcé à travers une filière) et est également un plastique adapté au moulage par injection et à l’impression 3D. Il a une température de fusion élevée, ce qui en fait un excellent substitut aux métaux dans les environnements à haute température (par exemple, sous le capot d’un véhicule). L’inconvénient de ce matériau est qu’il présente une résistance aux chocs relativement faible (même par rapport à d’autres plastiques ; voir le tableau ci-dessous). Le diagramme suivant montre la résistance à l’impact relative du nylon par rapport à celle d’autres plastiques couramment utilisés tels que l’ABS, le polystyrène (PS) ou le polycarbonate (PC). Il convient de noter que la résistance au choc du nylon peut être améliorée par un processus appelé « conditionnement ». Pour cette raison, ainsi que pour la facilité avec laquelle le Nylon peut être combiné avec d’autres matériaux pour améliorer sa résistance, il est important de vérifier les propriétés matérielles du matériau Nylon spécifique que vous utilisez.

Image From ptsllc.com

Quelles sont les caractéristiques du Nylon?

Maintenant que nous savons à quoi il est utilisé, examinons certaines des principales propriétés du Nylon (PA). Le nylon est un copolymère de condensation qui se compose de plusieurs types de monomères différents combinés les uns aux autres. Il peut être produit de diverses manières, en commençant généralement par la distillation du pétrole brut, mais il peut également être produit à partir de la biomasse. Le nylon est classé parmi les matériaux « thermoplastiques » (par opposition aux « thermodurcissables »), ce qui fait référence à la façon dont le plastique réagit à la chaleur. Les matériaux thermoplastiques deviennent liquides à leur point de fusion – un niveau très élevé de 220 degrés Celsius dans le cas du Nylon.

Un attribut utile des thermoplastiques est qu’ils peuvent être chauffés à leur point de fusion, refroidis et réchauffés à nouveau sans dégradation significative. Au lieu de brûler, les thermoplastiques comme le Nylon se liquéfient, ce qui leur permet d’être facilement moulés par injection et d’être ensuite recyclés. En revanche, les plastiques thermodurcissables ne peuvent être chauffés qu’une seule fois (généralement pendant le processus de moulage par injection). Le premier chauffage provoque la prise des matériaux thermodurcissables (similaire à celle d’un époxy en deux parties), ce qui entraîne un changement chimique qui ne peut être inversé. Si vous essayez de chauffer un plastique thermodurci à une température élevée une seconde fois, il brûlera. Cette caractéristique fait des matériaux thermodurcis de mauvais candidats au recyclage.

Pourquoi le Nylon est-il si souvent utilisé ?

Le Nylon est souvent utilisé dans les engrenages, les bagues et les roulements en plastique en raison de ses propriétés inhérentes de faible friction. Le Nylon n’est pas le plastique le plus glissant disponible – typiquement, nous recommandons l’acétal si la faible friction est la seule considération. Cependant, ses performances élevées dans d’autres propriétés mécaniques/chimiques/thermiques en font un bon choix pour les pièces susceptibles de subir une forte usure.

Le nylon est également un plastique incroyablement utile pour les applications qui nécessitent à la fois un matériau plastique ainsi qu’une température de fusion élevée. Il est également incroyablement diversifié. Le nylon peut être adapté à une grande variété d’utilisations en raison des nombreuses variantes différentes en production et des propriétés matérielles ajustables de ces variantes résultant des différents matériaux avec lesquels le nylon peut être combiné. Chez Creative Mechanisms, nous avons utilisé le Nylon dans plusieurs applications dans toute une série d’industries. En voici quelques exemples :

• Produits de consommation (par exemple, les jouets). Nous avons travaillé sur un scooter dans le passé qui a finalement été moulé en Nylon rempli de verre.
• Points d’impact des meubles.
• Modèles imprimés en 3D pour les applications à haute température lorsque l’ABS n’est pas une option (bien que ce soit une option, nous utilisons généralement les matériaux composites en Nylon plus pour leur résistance et moins pour leur performance en matière de température lors de l’impression 3D).
• Engrenages pour les transmissions de mécanismes.

Quels sont les différents types de Nylon?

Bien que le Nylon ait été découvert et initialement breveté par Wallace Carothers de Dupont, il a été produit (sous le nom de Nylon 6) trois ans plus tard (en 1938) en utilisant une méthodologie différente par le chimiste chercheur allemand Paul Schlack, qui travaillait alors chez IG Farben. À l’ère moderne, il est fabriqué par un grand nombre de sociétés, chacune ayant son propre processus de production, sa formule unique et ses noms commerciaux. Vous pouvez consulter une liste complète des fabricants de matériaux ici.

Les variantes courantes comprennent le Nylon 6, le Nylon 6/6, le Nylon 66 et le Nylon 6/66. Les chiffres indiquent le nombre d’atomes de carbone entre les groupes acide et amine. Les chiffres uniques (comme « 6 ») indiquent que le matériau est conçu à partir d’un seul monomère combiné avec lui-même (c’est-à-dire que la molécule dans son ensemble est un homopolymère). Deux chiffres (comme « 66 ») indiquent que le matériau est conçu à partir de plusieurs monomères en combinaison les uns avec les autres (comonomères). La barre oblique indique que le matériau est constitué de différents groupes de comonomères en combinaison les uns avec les autres (c’est un copolymère).

Comment fabrique-t-on le nylon ?

Le nylon, comme les autres plastiques, commence généralement par la distillation des hydrocarbures en groupes plus légers appelés  » fractions « , dont certains sont combinés avec d’autres catalyseurs pour produire des plastiques (généralement par polymérisation ou polycondensation). Le nylon peut également être produit à partir de la biomasse. Compte tenu de la nature de la biomasse, il est possible d’obtenir un matériau plus biodégradable. Le processus réel de production du nylon relève de l’une des deux méthodologies suivantes. La première implique la réaction de monomères avec des groupes amine (NH2) réagissant avec l’acide carboxylique (COOH). La seconde consiste en la réaction de la diamine (une molécule avec 2 x groupes NH2) avec l’acide dicarboxylique (une molécule avec 2 x groupes COOH).

Nylon pour le développement de prototypes sur des machines CNC, des imprimantes 3D, & des machines de moulage par injection

Le nylon peut être facilement fondu en filaments (utiles pour l’impression 3D), en fibres (utiles pour les tissus), en films (utiles pour les emballages) et en feuilles (utiles pour la fabrication de machines CNC). C’est également un matériau facilement moulable par injection. Le nylon naturel est le plus souvent de couleur blanc cassé, et il est également disponible en blanc et en noir. Cela dit, le nylon peut être teint dans pratiquement toutes les couleurs. Le matériau est facilement disponible sous forme de filament pour l’impression 3D où il est chauffé, et le filament fondu est fabriqué dans la forme 3D désirée.

Lorsque notre entreprise conçoit des pièces prototypes en Nylon, nous les usinons par CNC. Il y a quelques années, notre entreprise a commencé à prototyper des crochets en plastique à utiliser avec des sandows. Nous commençons par un prototype FDM en ABS pour confirmer la taille/la forme/l’esthétique/la fonction. Ensuite, nous usinons le crochet en nylon par CNC pour tester sa résistance. L’étape finale consiste à mouler par injection les pièces de production.

Avec le moulage par injection, le Nylon est parfois rempli d’un certain pourcentage de fibres de verre pour augmenter sa résistance à la traction. Le pourcentage de verre se situe généralement entre 10 % et 40 %. Les crochets que nous moulons par injection sont en fait supérieurs à 40%. Les fibres de verre augmentent effectivement la résistance, mais elles ont également un impact sur la façon dont une pièce se casse. S’il n’est pas rempli de verre, le nylon se pliera et cédera avant de se briser. Avec l’ajout de fibres de verre (en particulier à des pourcentages plus élevés), la rupture devient une rupture fragile instantanée avec une flexion minimale. Lorsque le nylon est rempli de fibres de verre, on parle, par exemple, de nylon 30 % GF. (GF signifie  » glass filled « ).

Quels sont les inconvénients du Nylon ?

Bien que le Nylon ait une température de fusion élevée, il ne résiste pas bien à une flamme nue. C’est un matériau inflammable qui brûle rapidement si et quand il est exposé à une flamme nue. Des retardateurs de flamme peuvent être ajoutés au nylon afin d’en améliorer l’inflammabilité. Par exemple, le Nylon utilisé pour le collecteur de l’un de nos nouveaux projets de conception possède l’indice de flamme le plus élevé (V-0).=

Le Nylon peut également être affecté négativement par l’exposition aux UV, principalement par la lumière directe du soleil. Pour cette raison, un stabilisateur d’UV est souvent ajouté au matériau avant qu’il ne soit moulé par injection.

Toutes les données relatives au nylon 6 non renforcé. *À l’état standard (à 25 °C (77 °F), 100 kPa). ** Source data . *** Source data