Famille de matériau :Les matières plastiques

Classe de matériau :Les polymères et les élastomères

Structure chimique de base

Les matières plastiques, appelées également polymères organiques peuvent être classées en trois grandes catégories: les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.

Obtenus à partir de sous produits dérivés du pétrole, ils sont obtenus par polymérisation de molécules de base ou monomères qui s’associent en chaînes (thermoplastiques) ou en réseau (thermodurcissables). On peut leur associer des adjuvants pour les stabiliser, les renforcer, les protéger contre l’oxydation et des additifs pour les colorer, les ignifuger ou pour améliorer leur qualité frottante.

- Les thermoplastiques

Ils sont formés de chaînes carbonées indépendantes les unes des autres. Pâteux à la chaleur dès que l’on atteint leur température de transition vitreuse, ils retrouvent leur état initial sans transformation chimique après refroidissement. Leur cohésion à la température ambiante est due aux seules forces inter moléculaires de faible intensité et qui cèdent à la chaleur.

Thermoplastique à l'état semi cristallin

Les macro molécules peuvent être en désordre, on parle alors de polymère amorphe. Elles peuvent être repliées sur elles-mêmes et présenter des tronçons alignés, partiellement ou totalement, avec des forces de liaisons moléculaires perpendiculaires à la direction de rangement, on parle de polymère semi cristallin ou cristallin.

- Les thermodurcissables

Ils sont formés de réseaux spatiaux de macromolécules réticulées, c'est-à-dire reliées entre elles par des liaisons ou réticules. Lors de leur mise en oeuvre, ils subissent une transformation chimique irréversible qui durcit définitivement la matière, les liaisons inter moléculaires sont de même nature que les liaisons intra moléculaires.

- Les élastomères

Caractérisés par des chaînes de molécules spécifiques selon le type d’élastomère. Par exemple (…-O-Si-O-Si-….)   pour les élastomères de silicones,  (… -C-C-C-C-…) pour les élastomères à base de carbone, etc.…

Ils présentent comme les thermodurcissables une structure réticulée dont l’élasticité est la conséquence de la longueur et de la déformabilité des chaînes et des réticules.

Désignation et principales nuances

- Les thermoplastiques

De très nombreuses nuances , parmi les plus courantes on trouve les polystyrènes (PS), les polypropylènes (PP), les polyvinyles (PVC), les polyamides (PA), les polycarbonates (PC), les polyoxyméthylènes (POM), le polytétrafluoréthylène (PTFE)…

- Les thermodurcissables

Moins nombreux, les plus courants sont  les phénoplastes (ou bakélite) (PF21), les polyesters (UP), les époxydes (araldite) (EP), les polyuréthanes (PUR)…

- Les élastomères

A coté du caoutchouc naturel il existe de nombreuses nuances obtenues à partir de dérivés du pétrole : butyle (IIR), Silicone (SI), polyacrylate (ACM), butadiène acrylonitrile (NBR), élastomère fluoré (FKM)…

Propriétés générales

- Les thermoplastiques

Pâteux à la chaleur, ils sont parfois recyclables. De faible masse volumique, très bons isolants, peu chers ils peuvent apporter de bonnes qualités esthétiques par les couleurs. Ils présentent également une bonne aptitude à s’intégrer dans des formes variées par thermoformage, extrusion ou injection. Ils peuvent également être usinés.

Impossibles à utiliser à des températures élevées, souvent peu résistants, leurs caractéristiques ne sont pas stables dans le temps. Les structures fibrées (cristallines ou semi cristallines) sont en général plus dures, plus résistantes mais plus cassantes.

La transformation par injection et surtout par laminage (ou calandrage) et par extrusion crée un fibrage et peut rendre cristalline une structure initialement amorphe.

 La plupart des thermoplastiques sont usinables et peuvent s’assembler par collage spécial, par clipsage ou par soudage.

- Les thermodurcissables

De faible masse volumique, ce sont également de bons isolants thermiques et calorifiques et résistent mieux à la chaleur que les thermoplastiques. Rigides, résistants aux agents chimiques et facilement moulables, ils sont assez bon marché.

Ils peuvent souvent être renforcés par diverses fibres et pour constituer des matériaux composites.

Ils sont transformés par injection, moulage et polymérisation. La plupart sont facilement usinables et s’assemblent par collage spécial ou par clipsage

- Les élastomères

Non recyclables, stables chimiquement, ils peuvent subir de grandes déformations sous l’effet des actions mécaniques et résistent bien aux chocs. Dotés de bonnes propriétés électriques, ils présentent une très bonne imperméabilité aux gaz et aux liquides.

Ils sont transformés par injection, moulage et polymérisation. La plupart sont usinables et s’assemblent par collage spécial ou par clipsage.

Formes marchandes

Granulats ou poudres pour le moulage, l’injection et l’extrusion, plaques, feuilles pour le thermoformage, tubes, barres pour des utilisations directes en usinage ou collage.

Exemples d’utilisation

- Les thermoplastiques

Applications courantes (PP, PS…) : pièces d’habitacle auto, mobilier de jardin, pare chocs, conduites, isolations diverses…

Applications techniques (PA, PC…) : engrenages, paliers, corps de connecteurs électriques, ustensiles de cuisine, capots machines de bureau, lunettes et casques de sécurité, boîtiers d’interrupteurs…

Applications particulières (PTFE) : Garnitures de patins ou paliers, protections de plaques, tuyaux, joints d'étanchéité…

- Les thermodurcissables

Electricité: douilles, connecteurs, relais; mécanique: poignées, corps de pompe…

Outillages pour injection, matrices composites, barreaux, engrenages, boucliers, cabines, coques, moules …

Ces matériaux constituent également la matrice des matériaux composites : polyesters et époxydes en particulier.

- Les élastomères

Pneumatiques, joints d'étanchéité, garnitures anti-vibrations, moules souples, membranes flexibles minces…