Qu’est-ce que le rayonnement UV ?
Le rayonnement UV est un type d’énergie électromagnétique que nous ne pouvons pas voir. Sa gamme de fréquences se situe entre la lumière visible et les rayons X. En fonction de la fréquence, il est divisé en trois groupes : UVA, UVB et UVC. Les UVB et les UVC sont les plus nocifs pour les plastiques et la peau.
L’énergie UV provient la plupart du temps du soleil, mais les lits de bronzage, les outils de soudage et certains types de lampes peuvent également émettre des UV. La lumière UV est plus forte à certaines heures de la journée, à certaines saisons et dans certains endroits.
Comment les UV affectent-ils les plastiques ?
La lumière UV détruit les plastiques en brisant les chaînes de polymères, ce qui entraîne une photodégradation. Cela provoque des changements évidents tels que le farinage (une surface poudreuse), la fissuration et la fragilisation, dans laquelle le matériau perd de son élasticité et est susceptible de se fracturer.
La détérioration par les UV n’affecte pas seulement l’aspect des plastiques, mais aussi leurs qualités mécaniques. Avec le temps, ils perdent leur résistance à la traction, leur résistance aux chocs et leur flexibilité, ce qui les rend impropres à l’usage auquel ils sont destinés et entraîne une défaillance prématurée.
Plusieurs variables déterminent le niveau de détérioration par les UV, notamment la période d’exposition, l’intensité du rayonnement UV et la longueur d’onde. Des temps d’exposition plus longs et des rayonnements plus intenses entraînent une détérioration plus grave. Les UVB et d’autres longueurs d’onde UV plus courtes sont extrêmement nocifs.
Qu’est-ce qu’un plastique résistant aux UV ?
Les polymères résistants aux UV sont conçus pour survivre à une exposition continue aux UV sans se dégrader. Des formulations spéciales et des additifs protègent les chaînes de polymères des rayons UV, ce qui rend certains polymères résistants aux UV.
La lumière UV rompt les liaisons chimiques des plastiques, ce qui entraîne des difficultés esthétiques et structurelles. Les matériaux résistants aux UV sont nécessaires pour les articles d’extérieur et exposés aux UV.
La lumière UV provoque un jaunissement ou un farinage de la surface, une faiblesse à la traction et une fragilisation des polymères. Ces défauts nuisent à la durabilité et aux performances du matériau. Les polymères résistants aux UV réduisent ces risques et prolongent la durée de vie des produits.
Prévention de la décoloration et de la dégradation
L’une des principales raisons de choisir des plastiques résistants aux UV est qu’ils ne se décolorent pas et ne se dégradent pas. Les plastiques couramment utilisés peuvent se décolorer, jaunir et se crayonner lorsqu’ils sont exposés à la lumière du soleil, ce qui peut donner un mauvais aspect au produit et en diminuer la valeur. Les plastiques résistants aux UV conservent la même couleur et la même finition plus longtemps.
Prolonger la durée de vie des produits en plastique
En plus de donner une mauvaise image, les rayons UV peuvent réduire considérablement la durée de vie des articles en plastique. Les matériaux résistants aux UV sont conçus pour durer plus longtemps et être plus fiables parce qu’ils peuvent être exposés aux intempéries pendant de plus longues périodes sans se détériorer. Cette diminution du nombre de remplacements permet d’économiser beaucoup d’argent au fil du temps.
Maintien de l’intégrité et de la performance des structures
La capacité des plastiques à résister aux contraintes naturelles, telles que les rayons UV, est directement liée à la solidité de leurs structures. Les fabricants peuvent s’assurer que leurs produits conservent les qualités mécaniques nécessaires au fil du temps en utilisant des matières plastiques résistantes aux UV.
Types de plastiques résistants aux UV
Plastiques résistants aux UV à usage général
Polyéthylène haute densité (PEHD) : Propriétés et applications
Le PEHD est un plastique souple très apprécié car il est solide par rapport à son poids et ne réagit pas aux produits chimiques. Bien qu’il ne soit généralement pas résistant aux UV, des protecteurs UV peuvent être ajoutés pour prolonger sa durée de vie à l’extérieur. Il est souvent utilisé pour les tuyaux, les meubles d’extérieur et les tonneaux.
Acrylonitrile Styrène Acrylate (ASA) : Propriétés et applications
L’ASA est un thermoplastique qui résiste mieux aux intempéries et aux UV que l’ABS. Comme il est très résistant à la pression et qu’il ne change pas facilement de forme, il peut être utilisé pour l’extérieur des voitures, les pièces de construction et les boîtiers électriques extérieurs.
Plastiques haute performance résistants aux UV
Acrylique (PMMA) : Propriétés et applications
L’acrylique, également appelé PMMA, est connu pour être très clair et stable à la lumière UV. Il est souvent utilisé dans les endroits qui nécessitent une vision claire et une forte résistance au jaunissement, comme les lunettes, les vitrines et les phares de voiture. Les autres plastiques à usage général ne sont pas aussi résistants aux UV que le PMMA.
Polycarbonate (PC) : Propriétés et applications
Le polycarbonate est un thermoplastique résistant et transparent qui offre une grande résistance aux chocs et une bonne stabilité aux UV. Il est utilisé dans les lunettes de protection, les lentilles de phares automobiles et la signalisation extérieure où la durabilité et la transparence sont nécessaires.
Polyétherimide (PEI) : Propriétés et applications
Le PEI est un polymère haute performance connu pour sa grande solidité, sa résistance à la chaleur et sa bonne stabilité aux UV. Il est utilisé dans des applications exigeantes telles que les composants aérospatiaux, les appareils médicaux et les connecteurs électriques.
Sulfure de polyphénylène (PPS) : Propriétés et applications
Le PPS est un plastique technique unique qui se comporte bien à haute température et présente une résistance chimique exceptionnelle. Il est utilisé dans les composants industriels et automobiles et, bien qu’il ne soit pas intrinsèquement résistant aux UV, il peut être rendu plus stable par l’ajout de produits chimiques.
Polyamide-imide (PAI) : Propriétés et applications
Bien que le PAI puisse être plus coûteux que d’autres plastiques, sa solidité, sa résistance à la chaleur et sa stabilité dimensionnelle remarquables en font un polymère de haute performance qui trouve des applications dans des conditions d’UV difficiles dans les composants automobiles et aérospatiaux en raison de sa capacité à fonctionner à des températures élevées.
Fluorure de polyvinyle (PVDF) : Propriétés et applications
Le PVDF se distingue par son inertie chimique exceptionnelle, sa durabilité dans des conditions hostiles et sa grande résistance aux UV. Il est utilisé comme film et revêtement dans les panneaux solaires, les membranes architecturales et les équipements de traitement chimique.
Propriétés clés à prendre en compte lors de la sélection de plastiques résistants aux UV
Norme d’évaluation et d’essai de la résistance aux UVs
Compréhension des échelles d’évaluation des UV et des normes ISO
La résistance aux UV est souvent mesurée à l’aide de procédures d’essai normalisées, telles que celles établies par l’ISO. Ces normes permettent aux producteurs d’évaluer et de comparer la capacité des polymères à survivre au rayonnement UV, ce qui leur permet de choisir le meilleur matériau pour leurs utilisations particulières. La compréhension de ces échelles rend la sélection des matériaux plus précise.
Propriétés mécaniques
Résistance à la traction et aux chocs
Les caractéristiques mécaniques telles que la résistance à la traction (capacité à supporter des forces de traction) et la résistance aux chocs (capacité à supporter des forces brusques) doivent être prises en compte lors du choix d’un plastique résistant aux UV. Le choix d’un matériau naturellement robuste et durable est essentiel pour une utilisation à long terme, car l’exposition aux UV peut détériorer ces qualités.
Longueur à la rupture
L’une des caractéristiques mécaniques essentielles est l’allongement à la rupture, c’est-à-dire la quantité de tension qu’un matériau peut supporter avant de se rompre. Pour les articles exposés à diverses conditions extérieures, il est essentiel que les plastiques qui présentent un allongement à la rupture élevé après exposition aux UV soient plus résistants et moins susceptibles de se briser.
Résistance chimique
Résistance à l’humidité, aux acides et autres produits chimiques
La résistance chimique d’un plastique détermine sa capacité à tolérer différents produits chimiques, ce qui est essentiel. Lors de la sélection des matériaux, en particulier pour les applications industrielles ou extérieures, il est essentiel de savoir dans quelle mesure ils résistent à l’humidité, aux acides et aux autres produits chimiques présents dans leur environnement. Le plastique est ainsi protégé contre les agressions.
Propriétés thermiques
Température de déviation de la chaleur
La température de déviation thermique (HDT) est la température à laquelle un matériau commence à fléchir sous l’effet d’une contrainte. Pour les applications où le plastique est exposé à la fois à la chaleur et aux rayons UV, le choix de matériaux ayant une HDT acceptable est essentiel pour garantir l’intégrité mécanique et la stabilité dimensionnelle sur une large plage de températures.
Coût et disponibilité
Facteurs affectant le coût des matériaux
Le coût des polymères résistants aux UV est déterminé par diverses variables, notamment le type de polymère, la complexité de la production et tout ajout nécessaire pour accroître la résistance aux UV. Les polymères à haute performance dotés d’une protection contre les UV coûtent parfois plus cher que les polymères à usage général.
Les facteurs liés à la chaîne d’approvisionnement, tels que la disponibilité des matières premières et la capacité de production, peuvent avoir une incidence sur le coût et le délai de livraison des polymères résistants aux UV. Il est essentiel d’acquérir des marchandises auprès de sources fiables et d’élaborer des stratégies à l’avance pour réduire les retards afin de maintenir une production et une livraison régulières.
Applications des plastiques résistants aux UV
Applications extérieures
Composants automobiles (garnitures extérieures, panneaux de carrosserie)
Les polymères résistants aux UV sont largement utilisés dans les pièces automobiles telles que les garnitures extérieures, les panneaux de carrosserie et les pare-chocs. Ces composants doivent résister à une exposition prolongée à la lumière du soleil sans se décolorer, se fendre ou perdre leur intégrité structurelle, ce qui explique l’utilisation de polymères spécialement conçus.
Matériaux de construction (bardage, toiture, fenêtres)
Les polymères résistants aux UV sont utilisés dans le secteur du bâtiment pour les fenêtres, les toitures et les bardages. Ces matériaux contribuent à préserver l’attrait esthétique des bâtiments tout en réduisant la fréquence des réparations ou des remplacements grâce à une protection durable contre les rayons nocifs du soleil.
Produits agricoles (films pour serres, tuyaux d’irrigation)
Les polymères résistants aux UV sont largement utilisés dans l’agriculture pour les couvertures de protection, les tuyaux d’irrigation et les films de serre. Comme ces polymères sont conçus pour supporter une exposition prolongée à un ensoleillement intense, les agriculteurs peuvent augmenter le rendement de leurs cultures et gérer efficacement leurs ressources, telles que l’eau d’irrigation.
Mobilier d’extérieur
Même lorsqu’ils sont exposés directement au soleil, les meubles d’extérieur composés de polymères résistants aux UV survivent plus longtemps et conservent leur couleur grâce à leur durabilité améliorée et à la préservation de leur couleur. C’est pourquoi il s’agit d’une option judicieuse pour les ensembles de patio, les chaises de jardin et autres meubles d’extérieur.
Applications industrielles
Enveloppes et composants électriques
Les polymères résistants aux UV sont essentiels pour les boîtiers et les composants électriques utilisés à l’extérieur. Ces boîtiers protègent les composants électroniques sensibles des éléments extérieurs tels que les rayons UV, la pluie et la poussière, garantissant ainsi la fiabilité et les performances des équipements électriques.
Équipement marin
Dans les conditions maritimes, les équipements sont soumis à un fort rayonnement UV, à l’eau salée et à des produits chimiques corrosifs. Les polymères résistants aux UV sont utilisés dans les composants des bateaux, les bouées et d’autres équipements marins pour leur donner de la résistance et de la durabilité tout en empêchant la détérioration due aux UV et la corrosion.
Composants des panneaux solaires
Les polymères résistants aux UV sont essentiels dans la fabrication des composants des panneaux solaires car ils protègent les cellules photovoltaïques de la détérioration due aux UV, ce qui leur permet de conserver leur efficacité de conversion énergétique au fil du temps et d’allonger leur durée de vie.
Applications dans la fabrication à façon
Utilisation dans l’impression 3D
Des matériaux résistants aux UV, notamment des résines et des filaments spécialement préparés, sont désormais disponibles pour l’impression 3D, ce qui permet aux fabricants de créer des composants uniques pour l’extérieur. Ces matériaux permettent de créer des pièces non seulement résistantes au soleil, mais aussi personnalisées, et sont souvent utilisés pour prototyper rapidement de nouveaux composants.
Utilisation dans le moulage par injection
Le moulage par injection utilise une variété de polymères résistants aux UV pour créer des pièces complexes destinées à des secteurs exigeant des niveaux élevés de précision et de durabilité, tels que l’automobile et l’aérospatiale, où la protection contre les UV est essentielle pour les composants externes exposés à la lumière du soleil.
Utilisation dans l’usinage CNC
Les feuilles et les barres en plastique résistant aux UV sont également utilisées dans l’usinage CNC pour créer des produits personnalisés. Cela permet de produire des composants avec des tolérances strictes et des formes compliquées qui nécessitent une durabilité et une résistance aux UV pour être utilisés dans certaines applications.
Stabilisateurs et additifs UV
Différents types de stabilisateurs UV
Les absorbeurs d’UV, les stabilisateurs de lumière à base d’amines encombrées (HALS) et les antioxydants sont quelques-uns des stabilisateurs d’UV qui peuvent être appliqués aux polymères pour accroître leur résistance aux rayons UV. Chaque type de stabilisateur fonctionne différemment et peut être utilisé seul ou en combinaison pour assurer une protection maximale contre les UV.
Comment les additifs améliorent la résistance aux UV？
Les additifs améliorent la résistance aux UV en absorbant les rayons UV nocifs (absorbeurs d’UV) ou en piégeant les radicaux libres produits lorsque la lumière UV dégrade les polymères plastiques (HALS et antioxydants). Ces produits chimiques contribuent à l’intégrité structurelle et empêchent la détérioration du plastique.
Traitements de surface et revêtements
Les revêtements protecteurs pour une protection accrue contre les UV
Les revêtements et autres traitements de surface peuvent fournir une couche supplémentaire de protection contre les UV. La longévité des articles en plastique utilisés à l’extérieur peut être accrue par l’application de ces revêtements, qui peuvent comprendre des absorbeurs et des bloqueurs d’UV qui réfléchissent ou absorbent la lumière UV.
Sélection des matériaux et considérations relatives à la conception
Bonnes pratiques pour la conception de pièces résistantes aux UV
Le choix des bons matériaux est crucial lors de la création de composants résistants aux UV. Les concepteurs doivent tenir compte de l’environnement d’exploitation, de la durée de vie prévue du produit et des exigences particulières de l’application en matière de résistance aux UV. Les dommages causés par les UV aux composants en plastique peuvent être considérablement réduits par une ventilation adéquate, des angles de lumière et une faible exposition.
Avantages de l’utilisation de plastiques résistants aux UV
Réduction des coûts de maintenance et de remplacement
Lorsque des polymères résistants aux UV sont utilisés, les articles durent plus longtemps et nécessitent moins d’entretien et de remplacements réguliers. En réduisant la main-d’œuvre, les matériaux et les temps d’arrêt liés à l’entretien des produits, cela se traduit en fin de compte par une réduction des coûts.
Propriétés matérielles cohérentes
Les polymères résistants aux UV empêchent la décoloration, le jaunissement et la détérioration structurelle, préservant ainsi l’aspect et la fonctionnalité d’un produit. Tout au long de leur vie, les articles continueront à être beaux et à fonctionner comme prévu, à condition que les qualités du matériau soient maintenues de manière cohérente.
Fiabilité accrue du produit
Les fabricants garantissent le bon fonctionnement de leurs produits au fil du temps en utilisant des polymères résistants aux UV. Ces polymères réduisent le risque de défaillance des matériaux et assurent une fiabilité continue, même dans des situations extérieures difficiles, en protégeant les articles contre les effets néfastes des rayons UV.
Conclusion
Les produits exposés à la lumière du soleil ou aux rayons UV ont besoin de polymères résistants aux UV. Ces matériaux résistent à la détérioration, à la décoloration et à la faiblesse structurelle, préservant ainsi les performances et l’apparence du produit.
La durée de vie et la fiabilité du produit dépendent du choix du matériau résistant aux UV. Les polymères résistants aux UV minimisent les déchets et produisent des biens plus durables dans plusieurs secteurs, notamment l’automobile, l’agriculture et la construction.
Le choix du matériau approprié pour votre application peut être difficile, mais les polymères résistants aux UV peuvent présenter d’énormes avantages pour certains biens. Prenez en compte les critères de ce guide pour faire les meilleurs choix et obtenir un produit plus durable.
FAQs
Des échantillons de plastique sont exposés à une lumière UV contrôlée et leur apparence, leur résistance mécanique et d’autres qualités sont mesurées pour déterminer la résistance aux UV. Les tests ISO 4892 et ASTM G154 comparent les polymères et déterminent la résistance à la détérioration par les UV.
Quelle est la durée de vie d’un plastique résistant aux UV ?
La durée de vie des plastiques résistants aux UV dépend du type, de l’intensité des UV et des conditions environnementales. Une sélection appropriée des matériaux et des stabilisateurs UV peuvent prolonger la durée de vie des produits en plastique de plusieurs dizaines d’années.
Les plastiques résistants aux UV sont-ils écologiques ?
La réduction des remplacements et des déchets rend les polymères résistants aux UV plus respectueux de l’environnement. Pour rendre les articles d’extérieur plus durables, plusieurs alternatives écologiques sont créées, promouvant ainsi la responsabilité environnementale des plastiques.
