Fabrication et usinage UHMW-PE (tige et feuille…)

Le polyéthylène à très haut poids moléculaire (UHMWPE, UHMW) est un sous-ensemble du polyéthylène thermoplastique.Également connu sous le nom de polyéthylène à haut module (HMPE),…

Le polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé (UHMW-PE) est un thermoplastique technique avec un poids moléculaire supérieur à 3,1 AMU (unités de masse atomique).Le poids moléculaire élevé améliore un certain nombre de propriétés physiques importantes, parmi lesquelles une résistance exceptionnelle à l'abrasion, une résistance élevée aux chocs et un faible coefficient de frottement.De plus, le polymère présente une bonne résistance chimique, d'excellentes caractéristiques d'insonorisation, des propriétés diélectriques et d'isolation électrique supérieures et il n'absorbe pas l'humidité.

Ces propriétés, combinées à la facilité d'usinage, font de l'UHMW-PE un matériau rentable qui répond aux exigences de la FDA et de l'USDA en matière de contact direct avec les aliments. Il est largement utilisé dans les industries alimentaire, des boissons, médicale et pharmaceutique.La qualité non poreuse de l'UHMW-PE inhibe la croissance des champignons ou des bactéries.L'UHMW-PE est également largement utilisé dans les secteurs du textile, de la transformation chimique, des pâtes et papiers, des mines, du secteur maritime, de l'acier, du traitement de l'eau et des eaux usées, de la manutention de matériaux en vrac et de l'agriculture.

Les propriétés de l'UHMW-PE peuvent être améliorées grâce à l'utilisation d'additifs tels que des colorants, des stabilisants UV et thermiques, des agents antistatiques, des charges résistantes à l'usure et des lubrifiants réduisant la friction.Des métaux ou des minerais peuvent être utilisés pour augmenter le poids et rendre le polymère détectable magnétiquement, tandis que d'autres charges augmentent la température de fonctionnement environnementale.

L'UHME-PE étant un polymère semi-cristallin, il doit être fritté soit par moulage par compression, soit par extrusion par pilon.Le recuit, avant l'usinage, permet d'éliminer les contraintes de traitement causées par le frittage.Les pièces usinées finies peuvent également être recuites, mais ces pièces doivent être fixées pendant le processus de refroidissement pour permettre le retrait pendant le recuit.L'usinage grossier doit être effectué avant la réduction des contraintes afin que les changements dimensionnels puissent être pris en compte lors de l'usinage final.

Disponible en feuilles, tiges et tubes standard pour produire des pièces dimensionnellement stables, l'UHMW-PE peut être scié, fraisé, tourné, raboté, percé ou poinçonné.Les outils de coupe doivent avoir des angles de coupe élevés et un dégagement suffisant pour éviter le colmatage.Les vitesses d'avance doivent être élevées afin de laisser un temps minimum à l'outil de coupe pour chauffer le matériau par friction.Il faut veiller à garder les outils affûtés car l'UHMW-PE peut rapidement émousser les arêtes de coupe des outils, provoquant une distorsion des pièces.Des finitions de surface de haute qualité peuvent être obtenues en utilisant des outils de coupe appropriés, bien que les tentatives visant à améliorer les mauvaises finitions par limage ou ponçage aboutissent généralement à une détérioration de l'apparence.

La plupart des processus d'usinage ont des tolérances comprises entre +/-.005 et +/-.010.Cependant, la longueur des bandes de scie serait généralement de +/- 0,030, car le taux assez élevé de dilatation et de contraction thermique linéaire de l'UHMW-PE rend la longueur d'une pièce vulnérable aux changements environnementaux.

Processus d'usinage

Sciage : Pour le sciage circulaire, les lames au carbure donnent les meilleurs résultats.Une lame de 12 à 14 pouces de diamètre doit avoir environ 24 dents.Les vitesses d'alimentation peuvent varier de 10 à 40 pieds par minute.Pour le sciage à ruban, une lame à trois dents par pouce, un jeu de râteaux et un ange de râteau positif sont recommandés.Les vitesses d'alimentation varient de 10 à 40 pieds par minute.

Tournage : utilisez des forets en acier rapide avec un dégagement avant et latéral de 10 po et un râteau de 15 à 30 pouces.Des vitesses de coupe inférieures, comprises entre 600 et 1 000 pieds par minute, sont nécessaires.Cependant, il est souvent nécessaire de fonctionner à un régime plus élevé pour que les copeaux restent éloignés de la machine.Les liquides de coupe ne devraient pas être nécessaires, mais un jet d'air comprimé facilitera parfois l'élimination des copeaux.Lorsque vous essayez d'obtenir des tolérances serrées ou une pièce à paroi très fine en UHMW-PE, usinez par passes.Retirez la majeure partie du matériau lors du premier passage, puis laissez la pièce reposer toute la nuit.

Fraisage : Les fraises conçues pour l’usinage de l’aluminium donnent les meilleurs résultats.Des vitesses de coupe de 600 à 1 800 pieds par minute sont suggérées, avec une vitesse d'alimentation d'environ 0,01 pouce par tour.Les fraises fonctionnent bien pour le rainurage et le fraisage léger.

Rabotage : Les raboteuses à bois réduisent facilement l'épaisseur et égalisent la surface de l'UHMW-PE.Une machine rigide avec des lames tranchantes donnera un enlèvement de matière très efficace et un bon état de surface.Pour minimiser le risque de déformation lors de l'usinage de l'UHMW-PE, rabotez la moitié de l'épaisseur souhaitée de chaque côté de la feuille.

Forage : les perceuses conventionnelles à grande vitesse conviennent à la plupart des applications de forage.Pour des performances optimales, utilisez des forets spéciaux à faible hélice avec des cannelures polies.Il n'est pas recommandé de percer des avant-trous avant de percer un grand trou pour le UHMW-PE, car ses propriétés font que le foret s'accroche et s'enfonce dans le matériau.

Meulage/ponçage : En raison des propriétés de résistance à l'abrasion du UHMW-PE, le meulage et le ponçage sont généralement inefficaces.En fait, le meulage peut faire fondre le matériau et le maculer, ce qui obstrue la meule.

L'UHMW-PE modifié avec des additifs tels que du verre ou des oxydes métalliques entraînera une durée de vie plus courte de l'outil.Bien que les outils en carbure ajoutent de la durée de vie à l'outil, ils nécessitent des vitesses et des avances plus élevées.Certains matériaux contenant un pourcentage très élevé d’additifs abrasifs ne peuvent pas être usinés par quelque méthode que ce soit.

Formage et soudage

L'UHMW-PE peut être formé à chaud sur place pour réaliser des courbures et des angles simples qui facilitent l'installation.Quelle que soit la méthode choisie – torche, radiateur électrique, four ou bain – il faut faire preuve de prudence et s’efforcer de ne pas surchauffer le matériau.L'UHMW-PE, comme tout plastique, brûlera dans des conditions inappropriées.De plus, le cycle de refroidissement complet sera un peu plus long que le cycle de chauffage en raison des caractéristiques élevées de rétention de chaleur de l'UHMW-PE.Le refroidissement ne doit pas se produire sur des surfaces en béton ou en métal, car le processus serait trop rapide et pourrait introduire des contraintes supplémentaires dans le matériau.Une recommandation supplémentaire consiste à recouvrir le matériau d’une couverture isolante fabriquée à partir d’un matériau tel que la fibre de verre.

L'UHMW-PE formé à froid est souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire d'adapter des courbes et des angles.Qu'il s'agisse d'utiliser une presse plieuse, un laminage, un formage manuel ou l'utilisation de boulons pour tirer et former la pièce en place, l'angle et les courbes doivent être trop courbés jusqu'à 75 à 100 pour cent pour compenser l'effet de retour élastique de l'UHMW-PE.Le potentiel de fissures sous contrainte peut être réduit en utilisant des feuilles de 3/8" ou moins lors du formage à froid.

Le soudage par rotation ou par friction peut être réalisé à l'aide d'un tour standard capable de 550 à 560 tr/min avec la possibilité d'arrêter de tourner dès l'instant où le frein est appliqué, et d'une plaque d'appui métallique en acier de ¼", d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la bride. DO.Ce type de soudure nécessite 48 heures de cristallisation complète avant que le tuyau puisse être mis en service.

Le bout à bout, ou plaque chauffante pour assembler des feuilles plates en longs morceaux ou en bobines, nécessite l'utilisation d'un outil chauffant en métal, recouvert d'un agent antiadhésif, capable d'atteindre la température nécessaire pour amener le polymère à l'état fondu.Ce processus nécessite l'utilisation d'un équipement spécial pour réaliser des soudures uniformes avec une résistance comprise entre 85 et 100 pour cent de la résistance du matériau d'origine.

Adhésifs

Le faible coefficient de friction et la surface non poreuse de l'UHMW-PE rendent difficile la pénétration d'un adhésif dans le polymère et la formation d'une liaison.Consultez votre fournisseur d'adhésif pour connaître les procédures recommandées pour coller l'UHMW-PE sur divers substrats, bien que des attaches mécaniques soient recommandées pour la plupart des applications.