PC - Polycarbonate

Le polycarbonate (PC) est un thermoplastique technique amorphe haute performance qui se distingue par sa combinaison extraordinaire de résistance aux chocs, de transparence optique et de stabilité thermique. Découvert indépendamment par Bayer et General Electric en 1953, le polycarbonate est devenu l'un des plastiques techniques les plus utilisés pour les applications exigeant clarté, ténacité et précision dimensionnelle.

Le marché mondial du polycarbonate était évalué à environ 20 milliards de dollars en 2024 et devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 5,5 % jusqu'en 2030, porté par la demande croissante dans l'éclairage automobile, la diffusion LED, les écrans électroniques et les matériaux de construction durables. La production mondiale dépasse 6 millions de tonnes par an, le polycarbonate à base de bisphénol A (BPA) représentant plus de 95 % de la production commerciale selon les données d'IHS Markit.

Les résines polycarbonate sont conformes aux spécifications ASTM D3935 pour les matériaux d'injection et d'extrusion en polycarbonate. Certains grades répondent à la norme FDA 21 CFR 177.1580 pour les applications de contact alimentaire, à l'USP Classe VI pour les dispositifs médicaux, et à la classification UL 94 V-0 pour des épaisseurs aussi faibles que 0,5 mm pour les applications électriques et électroniques. Les grades optiques sont conformes à la norme ASTM D1003 pour les mesures de transmission lumineuse et de voile.

Propriétés clés du polycarbonate :

• Résistance aux chocs exceptionnelle — pratiquement incassable dans des conditions normales, avec des valeurs de choc Izod entaillé dépassant 600 J/m. Le PC conserve sa résistance aux chocs sur une large plage de températures de -40 °C à 130 °C.
• Clarté optique remarquable avec une transmission lumineuse de 88–90 % et un faible voile, rivalisant avec le verre en transparence tout en étant 250 fois plus résistant aux chocs.
• Température de fléchissement sous charge élevée de 130–145 °C, permettant un service continu à des températures bien supérieures à celles de la plupart des autres thermoplastiques transparents.
• Excellente stabilité dimensionnelle avec un faible retrait au moulage (0,5–0,7 %) et un fluage minimal sous charge permanente, produisant des pièces précises et constantes.
• Résistance au feu inhérente — le polycarbonate est auto-extinguible et atteint la classification UL 94 V-2 sans additifs. Les grades ignifugés atteignent V-0 pour des sections de paroi fines.
• Bonnes propriétés d'isolation électrique avec des caractéristiques diélectriques stables sur une large gamme de fréquences et de températures.
• Grande liberté de conception avec la possibilité de produire des géométries complexes à parois minces, des charnières souples et des caractéristiques optiques intégrées par moulage par injection.

Chimie et structure

Le polycarbonate est produit par la réaction du bisphénol A (BPA) avec le phosgène (procédé interfacial) ou le diphényl carbonate (procédé en masse fondue). La liaison carbonate (–O–CO–O–) dans la chaîne polymère principale, combinée aux cycles aromatiques rigides du bisphénol A, confère la combinaison unique de ténacité, de transparence et de résistance thermique qui distingue le polycarbonate des autres thermoplastiques amorphes.

La structure amorphe du polycarbonate est responsable de sa clarté optique — l'absence de régions cristallines élimine la diffusion de la lumière. La masse moléculaire est soigneusement contrôlée pendant la polymérisation pour équilibrer la fluidité à l'état fondu (aptitude à la transformation) et les performances mécaniques, les grades de masse moléculaire plus élevée offrant une plus grande ténacité au détriment d'une viscosité à l'état fondu plus élevée.

Grades disponibles

PC usage général offre l'équilibre standard entre résistance aux chocs, clarté optique, résistance thermique et aptitude à la transformation pour l'injection et l'extrusion. Ces grades sont utilisés dans un large éventail d'applications allant des boîtiers électroniques aux composants automobiles et produits de consommation.

PC optique et diffusion lumineuse sont des grades conçus pour les applications d'éclairage de précision avec des caractéristiques contrôlées de transmission lumineuse, de voile et de diffusion. Ces grades sont essentiels pour les lentilles LED, les guides de lumière, les lentilles de phares automobiles et les panneaux d'éclairage architectural où une distribution lumineuse uniforme est critique.

PC ignifugé atteint la classification UL 94 V-0 pour des épaisseurs de paroi aussi faibles que 0,5 mm grâce à des systèmes ignifugeants non halogénés. Ces grades maintiennent une haute transparence et résistance aux chocs tout en répondant aux exigences strictes de sécurité incendie pour les boîtiers électriques, les logements de batteries et les équipements de télécommunications.

PC renforcé fibres de verre contenant 10 % à 40 % de fibres de verre offre une rigidité, une résistance à la traction et une température de fléchissement sous charge accrues tout en réduisant la dilatation thermique et le fluage. Ces grades sont utilisés dans les composants structurels, les boîtiers nécessitant des tolérances dimensionnelles serrées et les pièces soumises à des charges mécaniques prolongées.

PC contact alimentaire FDA est conforme à la norme FDA 21 CFR 177.1580 et est produit avec des niveaux de monomère résiduel strictement contrôlés. Ces grades sont destinés aux équipements de transformation alimentaire, aux bouteilles d'eau réutilisables, aux contenants de stockage alimentaire et aux biberons où la conformité réglementaire et la sécurité sont primordiales.

Transformation

Le polycarbonate est principalement transformé par injection et extrusion. Les températures de masse fondue recommandées sont de 280–320 °C avec des températures de moule de 80–120 °C. Des températures de moule plus élevées améliorent l'état de surface, réduisent les contraintes internes et améliorent les performances aux chocs. Le PC nécessite un étuvage rigoureux à un taux d'humidité inférieur à 0,02 % avant la transformation — les étuves à dessiccant à 120 °C pendant 3 à 4 heures sont la pratique standard.

Le polycarbonate est également transformé par extrusion de plaques (pour le thermoformage, le vitrage et la signalétique), extrusion de films, soufflage et injection multi-composants (2K). Les options de post-traitement comprennent le revêtement dur pour la résistance à l'abrasion, les revêtements antibuée et antireflet, les couches de protection UV, l'impression et la métallisation. Le PC est compatible avec les techniques de surmoulage et de moulage sur insert pour les assemblages complexes multi-matériaux.