Les polymère et composites

Les plastiques, ou polymères sont élaborés par synthèse chimique ( construits chimiquement) à partir de molécules de base, appelées monomères.

Les monomères sont les unités chimiques de base, ou molécules, des matières plastiques. Ils sont construits autour des atomes de carbone(C), d’hydrogène(H), d’oxygène(O), d’azote(N), de chlore(Cl), de soufre(S), de fluor(F),…

Sous l’action de la pression, de la chaleur et d’un catalyseur, les molécules, ou monomères, se regroupent entre elles pour former de longues chaînes appelées polymères, ou macromolécules. Une macromolécule peut contenir de plusieurs centaines à plusieurs millions de monomères.

La polymérisation c’est l’opération chimique liant les monomères entre eux, pour obtenir un polymère, est appelée polymérisation.

Le comportement mécanique des plastiques dépend de la structure, de la composition, du mode de fabrication, de la forme de la pièce, de la température, du temps et de l’humidité.

Le fluage est l’une des caractéristiques essentielles des matières plastiques. C’est la différence de longueur avant que l’on place une charge au bout et après avoir enlevé la charge et laissé reposer la matière plastique

Les principaux additifs des polymères peuvent être des chaînes courtes de polymères, des oligomères ou de petites molécules.

On peut déterminer la nature d’un polymère grâce à l’aspect, la densité, la combustion, le solvant et l’essai de Beilstein.

Les thermoplastiques sont constitués de macromolécules linéaires qui ne sont pas réticulées. La structure se caractérise donc par un faible nombre de branchements entre les macromolécules.

Ils se ramollissent et se déforment sous l’action de la chaleur, ils sont insensibles à l’humidité, aux parasites et aux moisissures (sauf les polyamides) et ils peuvent être fabriqués dans une gamme de couleurs très étendue.

Les thermoplastiques ont comme inconvénients d’avoir un fluage élevé, un coefficient de dilatation linéaire élevé, combustible, sensible aux ultraviolets, électrostatiques et ils ne sont pas toujours agréables au toucher.

Les polyéfines, le polystyrène et les PVC

Les branchements entre macromolécules, très nombreux, solidarisent irréversiblement les macromolécules entre elles (copolymérisation créant un réseau tridimensionnel). Dans la mesure où les branchements se font de manière aléatoire, par hasard, le matériau obtenu est dit amorphe ou désorganisé, différent d’un réseau cristallin très organisé, avec des couches d’atomes bien rangés et empilées les unes sur les autres.

Les thermodurcissables ne ramollissent pas et ne se déforment pas sous l’action de la chaleur. Une fois créés il n’est plus possible de les remodeler, ils tiennent bien aux températures élevées, aux attaques chimiques, une meilleure résistance au fluage que les thermoplastiques, une bonne rigidité pour un prix de matière peu élevé et faible retrait au moulage.

Leurs inconvénients, une mise en œuvre moins pratique et plus lente que les thermoplastiques, pas de moulage par injection et cadences de fabrications assez faibles.

Les époxydes(EP), les polyesters(UP), les polyuréthannes(PUR) et les silicones(SI)

Les élastomères ont la propriété la plus remarquable qui est l’élasticité ou la capacité à s’allonger sans se rompre, une faible rigidité et l’échauffement modifie peu leur élasticité.

La vulcanisation consiste à incorporer du soufre au caoutchouc afin d’améliorer la résistance tout en maintenant l’élasticité.

Nuances du caoutchouc thermoplastique : polyuréthane (AU), polyacrylates(ACM), silicones (VMQ et PVMQ) et les fluorisilicones(FMQ)

Le moulage par coulée, le moulage par compressio0n, le moulage par injection, l’injection-soufflage, le moulage par extrusion ou boudinage, l’extrusion-soufflage, le rotomoulage, le thermoformage, le moussage, le filage ou filature et étirage, le calandrage, l’enduction des tissus et la technique des poudres.

La matière fluide subit l’action de pesanteur. Cela permet de préparer des fils ou des films (Exemple : cellophane, acétate de cellulose pour pellicule photographique).

Dans un moule ouvert et chauffé est introduit la matière (en quantité suffisante). On exerce alors une  haute pression. Cette technique convient très bien aux thermodurcissables. La pression contraint la substance  à épouser les plus fins détails et favorise le dégazage (air, vapeur d’eau). Pour réaliser de grosses pièces, la matière à mouler est préchauffée. (Exemple : bottes en caoutchouc)

C’est sans doute le procédé le plus répandu. La matière première, fondue est injectée dans le moule par une vis sans fin. Ce procédé, employé pour des petits objets, permet des cadences très élevées (10 pièces à la minute). (Exemple : le tracteur de Jammy, les petits jouets en plastique en général)

Une vis sans fin malaxe le produit ainsi homogénéisé et le propulse sous pression à travers une filière de la forme désirée. Cette technique permet des fabrications continues de profilés, crins, joncs, tubes films (par étirage transversal).

Dans le rotomoulage, la matière se gélifie au contact des parois chaudes d’un moule en rotation continue. Ainsi sont fabriqués des objets sans soudures des formes complexes et de symétrie cylindrique. (Exemple réservoirs de voitures)

Les feuilles rigides sont chauffées jusque à un comportement plastique et mise en forme par emboutissage, étirage, soufflage ou aspiration, puis refroidies en maintenant des efforts de formage. (Exemple : gobelets, pots de yaourts)

La fabrication de mousses, celles de polyuréthannes par exemple, fait appel à un autre type de procédé. Les composants de base liquides polymérisent avec expansion lorsqu’ils sont mélangés dans un moule fermé. Ainsi sont fabriqués  en continue de matelas.

La matière thermoplastique fondue (ou en solution) est poussée à travers une filière par un piston ou un système de pompes. On produit ainsi les fils textiles.  

On obtient, par passage entre au moins deux cylindre contrarotatifs, des feuilles de motifs variés des papiers plastifiés, des revêtements de sols et de murs, des nappes, etc.

Certaines poudres thermoplastique à l’état pâteux est déposée sur un support continu (tissu, papier), puis passée au four. Le film, qui peut être décoré, sert de protection ou de revêtement cette opération est utilisée pour la confection d’articles tels qu’imperméables, toiles cirée, similicuirs.

C’est les fibres polyester type PET-fibres textile.

Il appartient aux fibres aramides, très légères, bonne tenue en élongation, bonne tenue en température, très rigide.

Les fibres polyamides, commercialisé en 1938.

très légères, grande résistance à la fatigue, surtout pas utilisé en compression.