Plastiques techniques : POM, PA6, PA66, PEEK, PTFE, PEHD — lequel pour quelle pièce

Un plastique technique se choisit comme un métal : selon les efforts, la température, le milieu, le frottement et la précision demandée. La différence, c'est que les écarts entre familles sont bien plus grands. Un PEHD et un PEEK sont tous deux des plastiques, mais le premier se ramollit vers 80 °C quand le second travaille en continu au-dessus de 200 °C, pour un prix sans commune mesure.

Ce guide compare les six plastiques techniques les plus demandés en sous-traitance : POM, PA6, PA66, PEEK, PTFE et PEHD. Il s'intéresse aux pièces fonctionnelles, usinées ou injectées : bagues, glissières, engrenages, guides, isolants, pièces de machines.

Les six familles en un tableau

Les valeurs ci-dessous sont des ordres de grandeur pour des grades non chargés. Chaque fabricant publie des fiches techniques précises, et les grades chargés de fibres de verre ou de carbone changent fortement le comportement.

Une dernière donnée à garder en tête : les plastiques se dilatent beaucoup plus que les métaux. Leur coefficient de dilatation est en général de l'ordre de cinq à quinze fois celui de l'acier. Une glissière en PEHD d'un mètre gagne plusieurs millimètres entre l'hiver et l'été. Le calcul des jeux doit en tenir compte.

POM : la précision et le glissement

Le polyacétal, souvent appelé Delrin du nom commercial de sa version homopolymère, est le plastique de mécanique par excellence. Il est rigide, dur, stable en dimensions, glisse bien et s'usine remarquablement, avec un bel état de surface et des tolérances serrées.

On l'utilise pour les engrenages, les cames, les galets, les bagues, les pièces de clips et de mécanismes, les guides de convoyeurs, les pièces de vannes et de pompes. Il reprend très peu d'humidité : une pièce usinée au centième le reste.

Ses limites : il supporte mal les acides forts, brûle facilement, se colle très difficilement et ne convient pas au-delà d'une centaine de degrés. Le copolymère (POM-C) résiste mieux à l'hydrolyse et à l'eau chaude que l'homopolymère (POM-H), qui est un peu plus rigide et plus résistant mécaniquement.

PA6 et PA66 : la ténacité et l'usure

Les polyamides, connus du grand public sous le nom de nylon, sont tenaces, résistants aux chocs et à l'usure. Ce sont les matières des engrenages chargés, des poulies, des roulettes, des patins d'usure et de nombreuses pièces injectées techniques.

Le PA66 a une température de fusion plus élevée et une rigidité un peu supérieure à celle du PA6 ; il est très utilisé en injection, souvent chargé de fibres de verre. Le PA6 existe aussi en version coulée, qui permet de fabriquer de grosses pièces ou des barres de fort diamètre, avec moins de contraintes internes.

Le point faible des polyamides est leur reprise d'humidité. Ils absorbent l'eau de l'air jusqu'à un équilibre qui dépend de l'hygrométrie. Ce faisant, ils deviennent plus souples, plus tenaces, et gonflent légèrement. Pour une pièce de précision, il faut le savoir : soit on choisit une autre matière, soit on conçoit les jeux pour l'état humide, soit on stabilise les pièces avant contrôle.

PEEK : la haute performance

Le polyétheréthercétone est un plastique de haute performance. Il conserve ses propriétés mécaniques à des températures où la plupart des plastiques ont fondu, résiste à la plupart des produits chimiques, à la vapeur et à la stérilisation répétée, et présente une bonne tenue au feu. Sa température de transition vitreuse se situe vers 143 °C et sa fusion vers 343 °C.

On le trouve dans l'aéronautique, l'industrie pétrolière, les semi-conducteurs, l'agroalimentaire, et le médical, où certains grades spécifiques sont utilisés pour des implants. Il existe chargé de fibres de verre ou de carbone, et en grades de frottement contenant du PTFE et du graphite.

Ses limites sont surtout économiques. Le PEEK coûte beaucoup plus cher que les plastiques courants, et la matière représente une part importante du prix d'une pièce usinée. Sa mise en œuvre demande aussi un savoir-faire : en injection, il impose des moules chauds et des presses adaptées ; en usinage, un recuit des barres et des pièces limite les déformations.

Avant de choisir le PEEK, vérifiez qu'une matière moins coûteuse ne suffit pas. Il existe d'autres plastiques hautes températures, comme le PEI, le PPS ou le PAI, chacun avec ses forces.

PTFE : l'inertie chimique et le frottement minimal

Le polytétrafluoroéthylène est connu pour son coefficient de frottement très faible et son inertie chimique presque totale. Il supporte une plage de température très large, du froid cryogénique jusqu'à environ 260 °C en continu. Il est aussi un excellent isolant électrique.

On l'utilise pour les joints, les bagues de glissement, les sièges de vannes, les isolants, les revêtements anti-adhérents et les pièces en contact avec des produits chimiques agressifs.

Ses défauts : il est mou, s'use vite par abrasion et flue sous charge, c'est-à-dire qu'il se déforme lentement sous un effort permanent. Les grades chargés de verre, de carbone, de graphite ou de bronze améliorent sa tenue à l'usure et au fluage. Comme il ne s'injecte pas, les pièces sont usinées dans des semi-produits obtenus par compression et frittage.

PEHD : l'économie et la résistance chimique

Le polyéthylène haute densité est léger, résiste à de très nombreux produits chimiques, n'absorbe pas l'eau et se soude facilement. Il est très utilisé en chaudronnerie plastique, en agroalimentaire et dans la manutention.

On distingue souvent les grades par leur masse moléculaire : le PE 300, courant ; le PE 500, plus résistant à l'usure ; et le PE 1000, dit à très haute masse moléculaire (UHMW), remarquable en résistance à l'abrasion et aux chocs. Ce dernier sert pour les guides de chaînes, les revêtements de trémies, les plaques d'usure et les pièces de convoyeurs.

Ses limites : une faible rigidité, une tenue en température modeste, une forte dilatation thermique et un fluage sous charge. Il se colle très mal. La page chaudronnerie plastique montre comment il se travaille en cuves et en bacs.

Vous avez une pièce plastique technique à faire réaliser ? Envoyez votre plan et vos conditions d'usage : les ateliers vous conseilleront la matière et le procédé.

Choisir selon la fonction

Usiner ou injecter ?

Le procédé dépend surtout de la quantité.

L'usinage part de barres, de tubes ou de plaques. Il ne demande aucun outillage, convient de la pièce unique à quelques centaines ou milliers d'exemplaires, et accepte toutes les matières de ce guide, y compris le PTFE. Les plastiques s'usinent vite, mais demandent des outils affûtés, un bon bridage pour ne pas déformer les pièces et une attention particulière à la chaleur. La page usinage des plastiques techniques détaille ces points.

L'injection suppose un moule, donc un investissement initial, mais produit des pièces à bas coût dès que la série est significative. Le POM, les PA, le PEEK et le PEHD s'injectent ; le PTFE ne s'injecte pas. Le guide du moule d'injection plastique explique ce que cet outillage implique.

Entre les deux, pour une pièce plastique sur mesure dont vous ne savez pas encore quel procédé retenir, la page pièce plastique sur mesure aide à décider.

Les erreurs fréquentes

• Tolérancer un plastique comme un métal. Une tolérance de quelques microns n'a pas de sens sur une pièce qui se dilate de plusieurs centièmes avec la température.
• Oublier l'humidité pour les polyamides. Les cotes et les propriétés changent entre l'état sec et l'état d'équilibre.
• Ignorer le fluage. Un PTFE ou un PEHD serré sous une vis se relâche avec le temps.
• Choisir le PEEK par principe. Il est excellent, mais souvent surdimensionné pour une pièce qui travaille à température ambiante.
• Négliger le grade. Contact alimentaire, tenue au feu, conductivité électrique : ces propriétés dépendent du grade précis, pas de la famille.

Ce qui fait le prix

Le prix d'une pièce plastique technique dépend de trois choses : la matière, le procédé et la quantité. Les matières courantes comme le PEHD, le POM et le PA restent abordables ; le PTFE est plus cher ; le PEEK l'est beaucoup plus, au point de dominer le prix de la pièce. En usinage, le temps machine et la chute de matière comptent ; en injection, c'est l'amortissement du moule.

Les ateliers d'usinage et de plasturgie référencés dans l'annuaire plastique, caoutchouc et composite travaillent ces matières au quotidien. Décrivez votre pièce et sa fonction pour recevoir des devis de pièces en plastique technique.