Comparaison des matériaux de coffret

Les cinq matériaux en un coup d'œil

Les valeurs proviennent des fiches techniques des producteurs, à l'exception de la densité de l'acier au carbone et des indices de coupe, qui sont les chiffres d'un fabricant de coffrets. La colonne du module explique beaucoup : pour une même épaisseur de paroi, une paroi en polycarbonate est environ 80 fois plus flexible qu'une paroi en acier (200 ÷ 2.4, selon notre calcul), c'est pourquoi les coffrets en plastique moulé utilisent des parois et des nervures plus épaisses.

Résistance à la corrosion et aux produits chimiques

L'acier inoxydable résiste à la corrosion grâce à une fine couche passive riche en chrome qui se reforme d'elle-même à l'air. Le test de corrosion NEMA pour le type 4X soumet le coffret à 600 heures de brouillard salin, puis à 200 heures supplémentaires, par rapport à un spécimen en acier inoxydable AISI 304. Ce spécimen sert de référence pour le test, et non de garantie pour une conception donnée : l'indice (déclaré par le fabricant) dépend de la construction globale du coffret. En présence de chlorures (air salin, saumure, désinfectants chlorés), le 316L est la nuance la plus sûre : consultez acier inoxydable 304 vs 316L pour les coffrets et le guide des coffrets en acier inoxydable.

L'acier au carbone thermolaqué est protégé par son revêtement. La pratique du thermolaquage considère le prétraitement comme faisant partie du système de protection contre la corrosion : l'acier reçoit généralement un phosphate de fer ou de zinc, et le phosphate de zinc est la norme pour les travaux de haute performance. Là où le revêtement est percé, coupé ou écaillé, l'acier nu en dessous doit être retouché, sinon il est exposé à l'environnement. Les heures de brouillard salin indiquées pour les revêtements sont des comparaisons et non des prédictions de durée de vie : l'ASTM B117 lui-même indique que la performance dans les environnements naturels « a rarement été corrélée aux résultats du brouillard salin lorsqu'elle est utilisée comme donnée isolée. »

Aluminium forme un film d'oxyde dense et isolant qui est stable de pH 4 à pH 9. L'Aluminum Association décrit la série 5xxx (aluminium-magnésium) comme présentant une bonne résistance à la corrosion en milieu marin et classe 5052 parmi les alliages pour l'électronique. Ce même film d'oxyde explique pourquoi les nettoyants caustiques posent problème : les consignes d'extrusion se résument simplement à « éviter tout contact avec des alcalis forts ».

Le polycarbonate résiste aux acides dilués et à la plupart des huiles et graisses industrielles, mais le guide de résistance chimique de son fabricant indique que les alcalis, l'ammoniac et les amines sont agressifs, et que l'acétone, le MEK et les solvants aromatiques provoquent un gonflement. Le polyester renforcé de fibres de verre (PRV) est utilisé dans les secteurs de la pétrochimie, du traitement de l'eau et du milieu marin, ainsi qu'avec de nombreux solvants, alcools et acides et alcalis modérément forts. Pour les alcalis forts, les tableaux de résistance des fabricants de coffrets divergent, il convient donc de vérifier le produit chimique et la concentration spécifiques. Les détails se trouvent dans les coffrets en polycarbonate vs en PRV.

Exposition au soleil, aux UV et à l'extérieur

• Acier inoxydable nu et aluminium nu ne comportent aucun revêtement susceptible de se décolorer.
• Peinture en poudre : la chimie est essentielle. Les directives de l'industrie du revêtement par poudre indiquent que les poudres contenant de l'époxy, y compris les hybrides, ne peuvent pas être utilisées là où l'aspect doit être maintenu en extérieur ; les polyesters d'entrée de gamme commencent à pâlir, à perdre leur éclat et à fariner après 12 à 18 mois d'exposition continue ; les polyesters « superdurables » résistent environ cinq ans avant que la couleur et la brillance ne changent. Demandez quel type de poudre est utilisé pour un coffret extérieur.
• Le polycarbonate nécessite un grade stabilisé aux UV pour un usage en extérieur. Un fabricant de coffrets note que le polycarbonate transparent exposé aux UV finira, au fil des années, par jaunir et perdre sa résistance aux chocs.
• Les surfaces en PRV se dégradent lentement sous l'effet des UV jusqu'à ce que les fibres de verre apparaissent (« blanchiment des fibres »). Les formulations anti-UV ralentissent ce phénomène.

Pour les plastiques, l'indice d'utilisation en extérieur à rechercher est l'indice UL 746C «f1» : adapté à une utilisation en extérieur concernant les UV, l'exposition à l'eau et l'immersion. Le soleil ajoute également une charge thermique, un coffret en plastique pour l'extérieur nécessite donc également la vérification de la chaleur ci-dessous.

Poids, rigidité et impact

L'aluminium pèse environ un tiers du poids de l'acier inoxydable (2.7 contre 7.9 g/cm³). Pour une même épaisseur de paroi de 1.5 mm, un mètre carré de tôle de 304 pèse environ 11.9 kg et un mètre carré d'aluminium 5052 environ 4 kg (calcul basé sur les densités). Cela est important pour le montage sur mât et l'équipement mobile.

Les plastiques sont encore plus légers. Le polycarbonate présente une très haute résistance aux chocs : la fiche technique d'un grade stabilisé aux UV indique une énergie de perforation de 60 J à 23 °C et de 65 J à −30 °C. Sa valeur de résistance au choc avec entaille chute toutefois de 70 à 15 kJ/m² entre ces températures ; les entailles et les coins vifs sont donc plus critiques par temps froid. Le polyester renforcé de fibres de verre (PRV) est environ cinq fois plus rigide que le polycarbonate (11–12.7 GPa contre 2.4 GPa). Les indices (déclarés par le fabricant) de résistance aux chocs pour les coffrets finis sont spécifiques au produit : demandez le code IK selon la norme IEC 62262.

Limites de chaleur et de température

Les métaux conduisent bien mieux la chaleur que les plastiques : la conductivité thermique est d'environ 55 W/m·K pour l'acier non allié, 15 W/m·K pour 304 à température ambiante, 138 W/m·K pour l'aluminium 5052 recuit, 0.2 W/m·K pour le polycarbonate et 0.30–0.36 W/m·K pour le moulage par compression (SMC) de qualité électrique. Cependant, un coffret dissipe la chaleur principalement par sa surface externe dans l'air, et les calculs de chaleur du coffret utilisent plutôt un coefficient de surface :

La Référence A est un livre blanc d'un distributeur sur le dimensionnement des coffrets ; B et C sont des documents techniques de deux fabricants de coffrets. Ils s'accordent sur l'acier peint et le plastique, mais divergent sur l'acier inoxydable. La note thermique d'un fabricant de coffrets précise que l'aluminium brut et l'acier inoxydable chauffent davantage que les coffrets peints, car ils rayonnent la chaleur moins efficacement, tandis que les coffrets non métalliques se comportent de manière similaire au métal peint. Considérez les chiffres pour le métal brut comme approximatifs et prévoyez une marge ; voir calcul thermique du coffret.

Les limites de température dépendent des plastiques utilisés. Un fabricant de coffrets indique environ −50 °C à +120 °C pour son polycarbonate et typiquement −50 °C à +150 °C pour le polyester renforcé de fibres de verre (PRV) ; un autre évalue une gamme de polycarbonate entre −40 °C et +80 °C à long terme. Utilisez la plage publiée pour le coffret spécifique. Pour les coffrets métalliques, ce même fabricant note que la limite est fixée par le joint ou la peinture, et non par le métal.

Blindage IEM, signaux sans fil et mise à la terre

Les coffrets métalliques (acier, acier inoxydable, aluminium) forment une barrière conductrice qui réfléchit et absorbe les interférences. Les plastiques sont des isolants électriques et offrent une protection EMI négligeable à moins d'être plaqués ou dotés d'un revêtement conducteur. La même propriété fonctionne à l'inverse pour le sans-fil : placer une radio dans une boîte en acier revient, comme le dit un chroniqueur en instrumentation, à la placer dans une cage de Faraday, tandis que le polycarbonate et le polyester renforcé de fibres de verre (PRV) laissent passer le Wi-Fi, les signaux cellulaires et autres. Avec un coffret métallique, l'antenne doit être placée à l'extérieur ; spécifiez cette ouverture avec vos autres découpes.

La mise à la terre diffère également. Dans le NEC, tel que cité par les commentateurs du code, 314.3 limite les boîtiers non métalliques aux méthodes de câblage non métalliques, à moins qu'une liaison équipotentielle interne ne soit prévue entre toutes les entrées métalliques, et 314.4 exige que les boîtiers métalliques soient connectés à un conducteur de mise à la terre de l'équipement conformément à 250.148. Ces sections sont rédigées pour les boîtiers : appliquez-les selon les directives de votre autorité compétente et vérifiez l'édition qu'elle impose.

Découpe, perçage et modification

• Acier inoxydable : s'écrouit au travail. Gardez vos outils affûtés, maintenez une avance positive et ne laissez pas l'outil stationner. Utilisez des outils réservés à l'acier inoxydable, sinon le fer provenant du travail de l'acier au carbone rouillera en surface.
• Acier thermolaqué : retouchez la peinture autour de chaque nouveau trou afin qu'aucun acier nu ne soit laissé à découvert.
• Aluminium : classé modérément difficile dans les tables d’un fabricant, comme l’acier doux. Débordure, et utilisez des fixations en acier inoxydable ou en aluminium plutôt qu’en acier ordinaire. Pour l’aluminium en extérieur, fixations qui empêchent la corrosion galvanique sur l’aluminium compare les options et montre pourquoi un joint en plastique seul ne dissocie pas un boulon.
• Polycarbonate : facile à usiner avec des outils tranchants. Refroidissez à l'air ou avec une légère brume d'eau ; les huiles de coupe à base de pétrole et les fluides de coupe agressifs peuvent provoquer des fissures de contrainte.
• PRV : abrasif. Un outil émoussé est la cause la plus fréquente d'éclats lors du perçage ; les scies cloches à pointe en carbure ou diamantées à haute vitesse et faible avance fonctionnent le mieux. Aspirez la poussière et portez une protection oculaire et respiratoire.

Chaque ouverture doit ensuite être fermée par un raccord dont l'indice déclaré est au moins aussi élevé que celui du coffret : voir découpes, presse-étoupes et fenêtres IHM.

Quel matériau pour quelle application

Foire aux questions

Sources

1. NEMA, "FAQ NEMA : Coffrets" (Q14 brouillard salin : 600 h contre G90, puis 200 h contre AISI 304 pour le Type 4X)
2. ATI, Fiche technique des types 302/304/304L/305 (densité, module, conductivité thermique)
3. ATI, Fiche technique des types 316/316L/317/317L (densité)
4. Outokumpu, nuances d'acier, propriétés et normes mondiales (Tableau 12)
5. Kaiser Aluminum, fiche technique alliage 5052
6. Aluminum Association, série d'alliages (5xxx : résistance à la corrosion en milieu marin ; 5052 dans l'électronique)
7. Aluminum Association, électronique et électroménager
8. Groupes de profilés, résistance à la corrosion de l'aluminium (film d'oxyde stable à un pH de 4–9 ; éviter les alcalis forts)
9. Covestro, fiche technique du polycarbonate Makrolon 2807
10. Covestro, « Makrolon : la résistance chimique »
11. Fiche technique SMC électrique Altraset AS8125 (densité, module de traction)
12. LyondellBasell, fiche technique Premi-Glas SMC (densité, conductivité thermique)
13. nVent HOFFMAN, Informations techniques (propriétés des matériaux, taux de transfert thermique)
14. nVent HOFFMAN, Spec-00488 (l'aluminium et l'acier inoxydable non finis chauffent davantage ; les matériaux non métalliques sont similaires aux finitions peintes)
15. AutomationDirect, « Comment sélectionner et dimensionner un coffret » (coefficients de transfert thermique par matériau)
16. Rittal, livre blanc sur les solutions de gestion thermique (coefficients de transfert thermique)
17. Fibox, déclaration du coffret en polycarbonate (température de fonctionnement à long terme)
18. Fibox, matériaux de coffret
19. ASTM B117, Appareil de brouillard salin
20. Powder Coated Tough (Powder Coating Institute), stratégies de revêtement en poudre pour la résistance à la corrosion
21. Powder Coated Tough, « Pretreating for Outdoor Performance » (norme phosphate de zinc pour l'acier)
22. Powder Coated Tough, « A Guide to Powder Coatings for Extreme Service Environments »
23. CompositesWorld, dégradation de la surface par les UV du polyester renforcé de fibres de verre (PRV) (transparence des fibres)
24. UL Solutions, Comprendre la série UL 746 (f1 / f2 indices pour l'extérieur)
25. Interference Technology, nouvelles techniques de blindage EMI
26. Control Global, « Les coffrets sont bien plus qu'une simple boîte »
27. Interstate Plastics, guide de fabrication du polycarbonate (liquides de refroidissement et fissuration sous contrainte)
28. Stahlin, découpe et perçage de coffrets en polyester renforcé de fibres de verre (PRV) (outils, vitesses et avances)
29. Mike Holt, commentaire de l'article 250 du NEC (314.3 boîtiers non métalliques, 314.4 et 250.148)
30. Euro Inox, acier inoxydable décapé et passivé (auto-passivation)
31. SSINA, Usinage des aciers inoxydables
32. BSI, IEC 62262 (code IK)