Nous avons tous déjà entendu parler du nylon, et la plupart d’entre nous le manipulons au quotidien. Synthétisé pour la première fois en 1935 par le chimiste Wallace Carothers chez DuPont, ce polymère bien connu a d’abord été utilisé pour remplacer la soie dans les bas pour femmes. Mais la Seconde Guerre mondiale a considérablement élargi son champ d’application : ce matériau innovant a rapidement été utilisé pour des produits allant des parachutes aux pneus de camions, en passant par les tentes et les réservoirs de carburant. Il est aujourd’hui l’une des fibres synthétiques les plus populaires et les plus utilisées jamais inventées.
Qu’est-ce que le nylon ?
Le nylon est un polyamide (PA). Il s’agit d’un groupe de polymères synthétiques et naturels reposant sur des liaisons amide (un groupe carbonyle lié à un atome d’azote), qui leur confèrent une résistance et une durabilité élevées. Parmi les autres exemples figurent le Kevlar, le Nomex ou encore le Pebax, des matériaux hautes performances aux propriétés bien connues.
Chacun de ces matériaux se distingue par des propriétés propres : le Kevlar est réputé pour sa robustesse, ce qui explique son utilisation dans les gilets pare-balles, tandis que le Nomex est fréquemment utilisé dans les équipements de lutte contre l’incendie.
Notre expertise ne porte pas sur la fabrication de vêtements, mais sur la production d’une large gamme de pièces uniques et de haute qualité à partir de plus de deux douzaines de nuances de nylon. Cet article explore les propriétés, les applications et les technologies de fabrication associées à ces matériaux.
Nylon 6 (PA 6) : résistant, mais sensible à l’humidité
Dans nos ateliers, il est courant de voir des pièces usinées CNC à partir de PA 6, un type de nylon synthétisé à partir du caprolactame, un composé organique. Les chaînes polymères du nylon 6 sont constituées d’anneaux répétés de six atomes de carbone, d’où son appellation.
Comme les autres nylons, le PA 6 se distingue par une résistance élevée à la traction, une bonne ténacité et une excellente élasticité. Il présente toutefois une forte capacité d’absorption de l’humidité. Celle-ci peut affecter sa stabilité dimensionnelle et ses propriétés mécaniques. Le nylon 6 commence à fondre aux alentours de 220 °C. Il résiste à de nombreux produits chimiques, huiles et solvants, est autolubrifiant et offre une bonne résistance à l’abrasion.
Avec un poids équivalent à environ un huitième de celui du bronze, le nylon 6 est bien adapté à des applications telles que les engrenages et bagues, les composants automobiles (collecteurs d’admission, caches moteur) et, grâce à ses propriétés électriques, les isolants et connecteurs. Nous proposons deux qualités de nylon 6 moulé : PA 6 noir et PA 6 bleu, ce dernier étant stabilisé thermiquement pour permettre une augmentation de 10 % de la température de fonctionnement.
Nylon 6/6 (PA 6/6) : plus robuste et plus résistant à l’usure
Quelques atomes de carbone suffisent à faire la différence. Le nylon 6/6 (également appelé nylon 66 ou PA 6/6) est synthétisé à partir de deux monomères, l’acide adipique et l’hexaméthylènediamine, chacun apportant des unités de six atomes de carbone. Cette structure renforce la résistance à la traction, la ténacité et la durabilité du matériau par rapport au nylon 6, tout en réduisant son absorption d’humidité et en augmentant sa température de fusion à environ 260 °C.
Résultat : le nylon 6/6 est environ 20 % plus résistant et plus durable que le nylon 6, tout en étant utilisé dans des applications similaires.
Dans nos ateliers d’usinage, nous proposons deux qualités : nylon 6/6 naturel et nylon 6/6 chargé en fibres de verre. Le service de moulage par injection plastique offre quant à lui de nombreuses variantes de PA 66, généralement enrichies de charges spécifiques.
Nylon 6/12 (PA 6/12) : une meilleure résistance à l’humidité pour le moulage
Le nylon 6/12 est également utilisé en moulage par injection (injection plastique). Il est composé de molécules alternées d’hexaméthylènediamine (6 atomes de carbone) et d’acide dodécanedioïque (12 atomes de carbone). Moins résistant que le PA 6 ou le PA 66, avec une température de fusion intermédiaire, il se distingue par une absorption d’humidité nettement plus faible.
On le retrouve par exemple dans les poils de brosse à dents, les conduites de carburant, les gaines de câbles électriques, les fermetures éclair de tentes ou toute application nécessitant un nylon plus stable en environnement humide. Nous proposons une version chargée à 33 % en fibres de verre (Zytel 77G33L NC010), que DuPont qualifie de « polymère de performance », intégrant des additifs améliorant la lubrification et la moulabilité.
Nylon 11 (PA 11) : un plastique plus durable pour l’impression 3D
L’impression 3D, également appelée fabrication additive, est une technologie de production qui permet de fabriquer des pièces complexes couche par couche avec un haut niveau de précision et de répétabilité. Le PA 11 est synthétisé à partir de l’acide 11-aminoundécanoïque, un monomère dérivé de l’huile de ricin. Cela en fait l’un des nylons les plus durables sur le plan environnemental, même si le recyclage reste un défi pour l’ensemble de cette famille de matériaux. Chaque maillon de la chaîne polymère du nylon 11 contient 11 atomes de carbone. Ce matériau est utilisé sous forme de poudre de PA 11 noir dans nos imprimantes 3D SLS (frittage sélectif par laser).
Ce matériau offre un excellent compromis entre résistance et flexibilité, ainsi qu’une très bonne résistance aux chocs, notamment à basse température. Il absorbe moins l’humidité que le nylon 6 ou 6/6, ce qui améliore sa stabilité dimensionnelle en conditions humides, mais présente une température de fusion plus basse, autour de 210 °C. Sa forte résistance aux UV en fait un excellent choix pour les applications extérieures, les articles de sport ou les pièces intégrant des clips ou charnières souples.
Nylon 12 (PA 12) : des performances solides avec une structure différente
Le PA 12 est un autre matériau de référence, utilisé aussi bien en impression 3D SLS qu’en Multi Jet Fusion. Il s’agit d’un polyamide aliphatique linéaire, dont la structure repose sur des chaînes ouvertes de 12 atomes de carbone, et non sur des anneaux. Il offre une excellente résistance chimique, notamment face aux sels, huiles et divers produits chimiques, tout en ayant une température de fusion plus basse, d’environ 180 °C. Comme le PA 11, il absorbe peu l’humidité, ce qui garantit une bonne stabilité dimensionnelle dans des environnements variés.
Des versions noires et blanches sont disponibles, ainsi que des variantes chargées en fibres de verre ou en minéraux, qui améliorent les propriétés mécaniques et thermiques du matériau. Le PA 12 est fréquemment utilisé pour les boîtiers, les montages, certains dispositifs médicaux (c’est l’un des nylons les plus biocompatibles), les systèmes de carburant automobiles, les emballages cosmétiques, les connecteurs électriques, et bien plus encore.
Les charges : un levier de performance
Protolabs propose environ deux douzaines de nuances de nylon pour le seul procédé de moulage par injection. À quelques exceptions près, la plupart sont basées sur le nylon 66, enrichi de différents types de charges. Les nylons chargés en fibres de verre sont les plus courants. Ces fibres renforcent la résistance mécanique, la rigidité et la stabilité dimensionnelle du matériau. Les taux de charge varient généralement de 13 % à 33 %.
Des nylons renforcés de charges minérales sont également disponibles, tout comme des formulations intégrant des modificateurs d’impact ou des stabilisants UV. Ces nylons « spécialisés » offrent des performances accrues pour des applications exigeantes, au prix d’un investissement plus élevé.
À noter enfin que les charges en fibres de verre ou minérales, bien qu’avantageuses en termes de performance, sont plus abrasives que les nylons non chargés et peuvent accélérer l’usure des empreintes et noyaux de moule.
Comme toujours, n’hésitez pas à consulter votre interlocuteur Protolabs pour obtenir des conseils sur le choix des polymères, la conception des moules ou d’autres aspects de la fabrication dès les premières phases du projet, afin d’éviter des problèmes ultérieurs.
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