Les UV et leurs effets sur les plastiques : un aperçu

De la même manière que notre peau peut être sujette à des dommages lorsqu'elle entre en contact avec des rayons ultraviolets nocifs (UV) (c.-à-d. le soleil), le plastique peut également être affecté. Cela signifie pour les ingénieurs que les projets nécessitant l'utilisation de plastiques peuvent ne pas fonctionner aussi bien, ce qui entraîne un risque de temps d'arrêt opérationnel et d'explosion des budgets. 

La bonne nouvelle est qu'il existe plusieurs façons de fournir une résistance à ces effets souvent préjudiciables.  

Le danger des rayons UV 

Faisant partie du spectre électromagnétique, le rayonnement ultraviolet est divisé en trois types. Les voici : 

• UVA 

• UVB 

• UVC 

Les longueurs d'onde de la lumière visible sont minuscules, mesurées en millièmes de mètre. Un millième d'un glucomètre est appelé un nanomètre, ou nm. L'UVA a une plage de longueur d'onde de 320 à 400 nm, tandis que l'UVB a une plage de 280 à 320. La gamme d'UVC se situe entre 100 et 280.  

Si nous prenons la peau comme exemple, l'UVA peut entraîner un tannage de la complexion, tandis que l'UVB peut signifier une brûlure. L'effet commun de l'UVC est le germicidal, qui est le terme scientifique pour tuer ou inactiver des micro-organismes en détruisant des acides nucléiques et en perturbant leur ADN. Cela les rend inutiles lorsqu'il s'agit d'effectuer des fonctions cellulaires critiques. 

 

Mais qu'en est-il du plastique : comment est-il affecté par les différents types d'UV ? 

Si le plastique a été affecté par les rayons ultraviolets, vous pouvez remarquer : 

• Un aspect craquelé 

• La surface du composant devient fragile 

• Un changement de couleur sur la surface du matériau 

En termes de composants plus susceptibles d'être exposés à des dommages aux UV, les pièces automobiles figurent en bonne place sur la liste. Les effets entraîneront principalement un changement de la couche de surface du matériau (et certains plastiques, s'ils sont endommagés par des UV, finiront par entraîner une défaillance du composant). Ce n'est pas une bonne nouvelle lorsqu'un projet est presque terminé ou a été finalisé. 

 

Radicaux libres et énergie UV 

Lorsqu'elle est absorbée par des plastiques, l'énergie UV peut stimuler les photons. Ce phénomène peut, à son tour, créer des radicaux libres. Ensuite, très rapidement, la dégradation se produit, car les résidus de catalyseur agissent souvent en tant que récepteurs. Le fait est que de nombreux plastiques purs ne peuvent tout simplement pas absorber les rayonnements UV, ce qui met votre projet et ses composants en danger. 

Vous pouvez, bien sûr, éviter la dégradation des UV dans les plastiques. Les bloquants, stabilisateurs ou absorbeurs peuvent être utilisés à grande échelle, tandis que le dioxyde de titane peut également être bénéfique. Pendant ce temps, les benzophénoïdes et autres composés organiques peuvent absorber les UV et les réémettre sous forme de chaleur, ce qui n'a pas un degré de dangerosité équivalent. 

Voici quelques exemples de matériaux dans lesquels les stabilisateurs anti-UV ou d'autres solutions peuvent complètement éliminer le problème de la détérioration des UV : 

• Polyoléfine : gaine thermorétractable et capuchons d'extrémité 

• Nylon : liens de serrage et embases 

Ne partez toutefois jamais du principe que l'un ou l'autre de ces matériaux est résistant aux UV. Ils ne le sont généralement pas et doivent être traités de manière spéciale. Recherchez toujours la « résistance aux UV » dans les détails du produit.  

Un matériau appelé noir de carbone, qui offre une coloration noire, peut réduire le risque d'une telle dégradation, car il fournira des revêtements de surface protecteurs. Ces derniers peuvent inclure la métallisation ou la peinture, bien que le noir de carbone soit généralement une option à faible coût. Il peut également être aussi efficace que les alternatives. 

Quels plastiques sont les plus sensibles à la dégradation des UV ? 

Si vous êtes sur le point d'entreprendre un nouveau projet, il est important de savoir quels types de plastiques sont les plus sensibles à ce type de dégradation.  

Le polypropylène (PP) et le polyéthylène basse densité (PEBD) ne sont que deux types de polymères à risque accru, avec des rayons ultraviolets interagissant avec des liaisons carbone tertiaires au sein de leur structure de chaîne. Celui-ci réagit ensuite à l'oxygène dans l'atmosphère. Ensuite, des groupes de carbonyle dans la chaîne principale sont produits et les zones du composant qui sont exposées pourraient ensuite être sujettes à des fissures ou à une décoloration.  

En termes de types de changements esthétiques, vous pouvez remarquer avec des plastiques non résistants aux UV, tout ce qui peut se produire, du jaunissement au lessivage des matériaux teints, ainsi que le blanchissement de sa surface. L'une de ces modifications entraînera en fin de compte un projet moins rentable et plus de temps d'arrêt en termes de remplacement des composants. 

Une attaque UV sur les plastiques peut-elle être détectée ? 

Comme dit le proverbe, « mieux vaut prévenir que guérir ». En gardant cela à l'esprit, existe-t-il un moyen de détecter cette interférence UV dès le début du projet – ou de l'exclure complètement avant qu'elle ne commence ? 

Le premier signe visuel est des fissures profondes dans un produit. Cela peut être visualisé au moyen de la spectroscopie infrarouge qui « implique l'interaction du rayonnement infrarouge avec les matières ». Utilisé pour identifier et étudier les produits chimiques, il est principalement basé sur la spectroscopie d'absorption et utilise un spectromètre infrarouge, qui fonctionne pour détecter les groupes de carbonyle avant qu'ils ne causent de réels problèmes.     

Comment les produits chimiques anti-UV peuvent-ils vous aider ? 

Lors du mélange des ingrédients (avant l'utilisation du moulage par injection pour façonner le produit), des produits chimiques anti-UV peuvent être utilisés. Cela signifie qu'une future attaque aux UV par le biais de la lumière du soleil peut être évitée. 

Il est intéressant de noter que les produits chimiques utilisés dans de telles mesures préventives sont similaires à ceux utilisés dans la crème solaire. Tandis que la crème solaire protège la peau contre l'attaque des rayons UV, les produits chimiques utilisés dans les stabilisateurs UV ajoutés aux plastiques agissent de la même manière. 

Mais ce ne sont pas seulement les rayons UV qui posent un risque pour les plastiques. D'autres facteurs environnementaux – comme la lumière et les produits chimiques ou la chaleur – peuvent jouer un rôle important dans la dégradation du matériau utilisé dans n'importe quel projet donné. 

Même certains acides, alcalis et sels peuvent être responsables des changements apportés au polymère, qui peuvent aussi bien se matérialiser par une désintégration chimique qu'une biodégradation. Certains changements peuvent également réduire le poids moléculaire d'un polymère pour le recyclage – et ces changements sont généralement appelés « vieillissement » car ils affectent de manière significative la durée de vie d'un composant, ainsi que son apparence.  

Plastiques résistant aux UV : certaines considérations 

Pour qu'un projet fonctionne sans heurt, il est essentiel qu'un plastique résistant aux UV soit utilisé – si, bien sûr, ledit plastique a pour but d'être exposé à la lumière UV. Si ce n'est pas le cas, les ingénieurs peuvent se permettre d'être moins sélectifs, à condition que le plastique qu'ils choisissent soit adapté à son application unique. 

Mais pour les projets qui nécessitent un plastique résistant aux UV, ces matériaux sont plus qu'adaptés aux besoins :  

• Acrylique – disponible dans une gamme de couleurs attrayantes, l'acrylique offre solidité et rigidité. En termes de clarté optique, celle-ci est extrêmement bonne. Il se lie efficacement avec les solvants et les adhésifs, tout en s'avérant facile à fabriquer. Idéal pour une utilisation en extérieur, il possède des propriétés de serrage optimales et il est polyvalent, durable et esthétique. C'est pourquoi il fait un excellent matériau pour les charnières plates.  

• Le fluorure de polyvinylidène (PVDF)  résiste aux flammes et présente des propriétés d'abrasion chimique fantastiques. Le PVDF est un choix particulièrement bon pour les joints. Avec une excellente stabilité aux UV, il est conforme à la FDA et est un thermoplastique de haute pureté avec une variété d'utilisations. 

• Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) – Avec une résistance aux intempéries exceptionnelle, le PTFE reste stable – même à des températures allant jusqu'à500o F. Fluoropolymère à faible frottement, il offre d'excellentes propriétés d'isolation électrique, c'est pourquoi le tube PTFE est souvent utilisé pour protéger les fibres optiques.  

Le pour et le contre 

Servicethread.com promeut l'utilisation étendue du polypropylène, mais suggère qu'il ne convient pas aux projets qui seront exposés aux rayons UV : «En raison de la structure chimique du polypropylène, il a un taux de dégradation élevé lorsqu'il est exposé à la lumière UV comme le soleil. » 

Dans les cas d'un composant soumis à une exposition à long terme aux UV, les ingénieurs doivent se tenir à l'écart des matériaux de ce type.  

À l'inverse, le polyester peut être un bon candidat pour l'exposition aux UV. « Le polyester est différent. Il s'agit d'une famille de plastiques qui partagent une structure similaire d'un ester entre deux groupes R liants. Étant donné que les groupes R sont différents entre chaque plastique, ils ont des caractéristiques différentes. Toutefois, la performance globale de ces plastiques par rapport au polypropylène est beaucoup plus élevée en ce qui concerne la résistance aux UV. » 

Selon un article publié par l'université d'État de Caroline du Nord, le polypropylène ne peut tenir que six jours avant de perdre jusqu'à 70 % de sa force à cause des rayons UV. Le polyester s'en sort bien mieux. L'article révèle qu'après 12 mois d'exposition aux UV, plus de 67 % de la force d'un composant est rétablie. 

Il est donc essentiel que vous déterminiez de quels matériaux vous avez besoin bien à l'avance de votre projet. Cela vous aidera à éviter les temps d'arrêt inutiles tout en vous assurant que le projet reste dans les limites du budget. 

Prenez en compte l'application du composant et de l'environnement dans lequel il sera utilisé, avant de sélectionner les bonnes pièces pour le travail. Bien sûr, un projet qui nécessite des composants résistant aux intempéries nécessitera également probablement des pièces résistant aux UV.  

Assurez-vous que votre projet est équipé pour faire face aux graves influences météorologiques et que vous pouvez être sûr que la tâche soit bien exécutée. Après tout, les rayons UV n'affectent pas seulement l'esthétique de vos plastiques ; ils affectent également leur longévité. 

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