Bases Des Proprietes Physico-Chimiques Des Plastiques

 

Bases des propriétés, des applications et du contrôle des plastiques d’après leur composition et leur structure  

INTRODUCTION L’industrie des matières plastiques occupe aujourd’hui une place de choix dans le

développement industriel. Les matières plastiques ont connu un essor dans ces dernières années avec une consommation mondiale qui avoisine les 15 millions de T. Trois propriétés essentielles ont valu cette importance. Il s’agit de l’élasticité, la résistance aux chocs qui  permet d’amortir la vibration et le bruit et la déformabilité qui est la qualité la plus apprécier. 

Plusieurs domaines sont concernés par ses utilisations, en partant du domaine des  bâtiments et de la tuyauterie, au domaine des moteurs, des clapets et des détendeurs. L’application, la plus connue des matières plastiques est le pneumatique pour les avions, les

camions, les tracteurs. Ses matières sont devenues incontournables, du fait de leurs propriétés et de leurs applications. Pour une connaissance du domaine des plastiques, il nous a été soumis le thème intitulé : « B ases ases des pr prop oprr i ét étés, és, des des app applilicat catii ons et du contrôle contr ôle d de es  pla  plast stii que uess d’après leur comp compositi osition on e ett le leur ur stru struct ctur ure e ».

Pour un meilleur développement de notre travail, nous le traiterons comme suit : nous donnerons d’abord des généralités sur la plasturgie et les matières plastiques  ;

ensuite, nous

aborderons la composition et la structure tout en faisant ressortir les propriétés et les applications ; enfin nous terminerons par le contrôle des matières plastiques.

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I - Plasturgie La plasturgie désigne l'ensemble de l’industrie de la transformation des matières  plastiques en produits produits finis ou semi-finis. La plasturgie est une industrie relativement neuve si on la compare aux autres industries telles que la sidérurgie. Tout a commencé en 1870 suite à un concours visant à remplacer l'ivoire, de plus en plus cher, des boules de billard. Ce sont les frères Hyatt qui en utilisant le nitrate le nitrate de cellulose ont contribué à la naissance de la plasturgie1.  Dès 1930, les laboratoires américains et allemands commencen commencentt à créer de nouvelles matières telles

que

le polyméthacrylate le 

de

méthyle (PMMA

ou

plexiglas

en

1928),

le polycarbonate le  polycarbonate (PC en 1953), etc. La grande adaptabilité (légèreté, solidité, déformabilité, facilité de nettoyage) des matières  plastiques dans de nombreux domaines a contribué au développe développement ment de cette industrie dans la seconde moitié du XX e  siècle. Celle-ci s'est appuyée initialement sur l'exploitation des  produits dérivés du pétrole. Actuellement, la recherche et le développement développement dans cette  branche se tournent vers d'autres sources sources de matière première comme le maïs ou le colza. Des recherches sont développées également en direction d'un meilleur respect de l'environnement (biodégradabilité).

II - Matières Plastiques Une matière plastique ou en langage courant un plastique est un mélange contenant une matière de base (un polymère) (un polymère)   qui est susceptible d'être d'être moulé,  moulé,   façonné, en général à chaud et sous pression, sous pression, afin  afin de conduire à un semi-produit ou à un un objet.  objet.   Le mot « plastique » dérive du latin plasticus, , « relatif au modelage »), dérivé du verbe  plássein, « mouler, former » dont dé dérive rive aussi le mot plas plasma. ma. Les matières plastiques couvrent une gamme très étendue de matériaux polymères synthétiques ou artificiels. On peut observer aujourd'hui sur un même matériau des propriétés qui n'avaient jamais auparavant été réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.

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Au XVIe siècle : Christophe Colomb rapporte des plants de caoutchouc appelé ca-hu-chu par les Indiens. 1736 : Le naturaliste français Charles Marie de La Condamine découvre les propriétés du caoutchouc naturel au Pérou. 1838 : Henri Regnault synthétise du PVC, sans suite. 1839 : Charles Goodyear invente le procédé de vulcanisation (du caoutchouc par le soufre). 1869 : Les frères Hyatt inventent le celluloïd ou nitrate de cellulose (par mélange de cellulose du bois à chaud avec du camphre) suite à un embargo de boules de billard en ivoire pendant la guerre de Sécession aux États-Unis d'Amérique ; mais ces ' ersatz ', de faible qualité, furent remplacés dès 1890 par des boules en galalithe. 1880 : invention du polychlorure de vinyle (PVC). 1889 : un chimiste français, Jean-Jacques Trillat, travaillant sur la caséine du lait réussit à la durcir et obtient la galalithe ou «pierre de lait». Cette matière est plus dure que la corne, plus  brillante que l’os et plus soyeuse au toucher que l’ivoire. Bientôt toutes t outes les boules de billard bill ard

seront en galalithe. Après-guerre, en 1918, commence la fabrication d'articles courants, comme le bouton, le bijou fantaisie, le fume-cigarette ou encore le stylo. 1890 : Les Anglais Cross et Bewan découvrent la viscose en dissolvant de l’acétate de

cellulose dans du chloroforme. 1941 : la mélamine (qui fait partie de la grande famille des résines aminées dérivées de l'urée et des cyanamides) par des compagnies telles que Ciba et Henkel mais sans véritable succès commercial. Ses propriétés exceptionnelles de résistance à la chaleur, à la lumière, aux  produits chimiques, chimiques, à l'abrasion eett au feu expliquent sson on succès dans l'immédiat après-guerre. après-guerre. Pour couvrir ses besoins, l’Allemagne, rapidement privée de ses ressources de latex naturel,

avait produit, durant la Première Guerre mondiale, le Buta, un ersatz plutôt médiocre de cette substance. Ces recherches sur de nouvelles matières plastiques se poursuivirent au cours de la Seconde Guerre mondiale et, en 1945, la production de caoutchouc synthétique, (néo-buta), s'élevait à 1 million de tonnes... A partir de la libération, l'élan scientifique et technologique insufflé à l’industrie par la guerre

se poursuivit et de nouvelles matières furent synthétisées : nouvelles polyamides, SILUE Ouinlo

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 polycarbonates,  polycarbona tes, acétals, résines époxyde en 1947. Puis les découvertes de nouvelles matières se firent plus rares : 1953 : le polyéthylène haute densité par le chimiste allemand Karl Ziegler. en 1954 : un an plus tard, le polypropène était mis au point par le chimiste italien Giulio  Natta. Ces deux scientifiques se partagèrent en 1963 le prix Nobel de chimie grâce à leurs études sur les polymères. Ces deux dernières matières plastiques, le polyéthylène et le  polypropène, étaient les plus produ produites ites en l'an 2000. Dans les années 1990 naissent 2 matières importantes : L’ABS

plus résistant et plus brillant tend peu à peu à remplacer la mélamine.

L’ABS, plastique noble (comme le nylon) doit son succès aux excellentes propriétés

 provenant de l'alliance « résine + élastomère » qu quii donne une matière brillante, esthétique, très résistante aux rayures, facile à nettoyer. Elle est très utilisée dans les salles de bains et l'industrie. Le Kevlar est un ppolyamide olyamide très ré résistant sistant : - Aux chocs (gilet pare-balles et vitre pare-balles, couche anti-perçage) - au feu : casques et vestes des sapeurs-pompiers, gants de cuisine, etc. Il faut avouer que son grand succès en ce domaine est aussi dû à l'interdiction de l’amiante. 

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I - Composition générale Un plastique comporte toujours une résine, et en règle générale un lubrifiant, parfois aussi une charge granulaire ou un support stratifié (papier, tissu) ou feutré (fibres de sisal, de verre) parfois enfin un plastifiant. Dans la résine résine,, les adjuvants mineurs (0 à 3 %) sont lubrifiant en général, colorant fréquemment, catalyseur traces et stabilisant parfois. Les adjuvants majeurs (charge ou support minéral ou végétal) vont de 0 à 95 % thermodurcissable thermodurcissab le en général, 0 à 40 % thermoplastes en général général et les plastifiants de 0 à 50 % thermoplastes en général. La compos composition ition générale est est donc : 

 

la résine de base.



 

les adjuvants et additifs



 



 



 

 p  pig igm ments nts : donnent la couleur du plastique.



 

 sta  st abi lisa lisant ntss  : retardent la transformation du plastique, résistance aux ultraviolets (sels

 p  pla last stif ifii ants nts  : en général liquides ou visqueux, permettent de rendre la résine souple et

élastique. lubrifiants : facilitent le moulage.

métalliques de plomb, étain, baryum, sodium, etc). 

 

charr g es ou renforts : diminuent le coût, augmentent la résistance mécanique (marques cha

kevlar et téflon).   charges minérales

o

: carbonate de calcium, talc , amiante , graphite , silice ,

fibre de verre , mica , etc.  

o



 

charges organiques : farine de bois , fibres naturelles ou synthétiques, etc. antistatique  : s'oppose aux dépôts de poussières en rendant le plastique conducteur en

surface. 

 

 fongi  fo ngicid cide e : résistant aux micro-organismes micro-organismes,, asepsie.



 

ignifugeant  : retardant la propagation des flammes.



 

 solv  so lva ant ntss : pour peintures (enduction).

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II- STR  ST R UCTUR UC TUR E I I -1- Cha C haii ne ness p prr i ncipa ncipale less d de e la ré rési sine ne

Ces chaines chaines peuvent être être linéaires (figure 1) et représentables par des traits parallèles, quand les macromolécules de toutes tailles, jusqu'à 1 µ environ, sont orientées. Au contraire, dans le cas des chaines multibranches (figure 2), les macromolécules perdent toute individualité.

F i gur e 1 : cha chaii nes nes liné li néa ai r es

F i gur e 2 : mult ultii br anches nches

Les séquences d’atomes dont la valence doit être au moins égale à 2 (C et Si

tétravalents, P et N trivalents, O et S bivalents, etc…) sont très variables dans l’une ou l’autre   de ces différentes chaines, comme le montre le tableau ci-après, où l’on a indiqué seulement, en général, la chaine du motif qui se répète n fois dans la macromolécule. Le tableau des chaines principales se présentent comme suit :  

Linéaires   Carbonée



  Carbone + azote ou oxygène



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

  Carbone + oxygène 



  silicium + oxygène 

   M  Mult ultibra ibranc nche hess

  Carbonée (+ oxygène et parfois azote)



  azote + carbone



  Polyorganos Polyorganosiloxanes iloxanes Alumoxanes



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  Polyènesters réticulés (styrène)



I I -3- E lém léments e ett gr group oupe es lat laté ér aux de la cha chaii ne

Ces constituants fixés latéralement sur la chaine principale jouent un rôle important dans les propriétés en fonction de leurs dimensions, de leur électronégativité, de leur polarité. Quelques valeurs en sont données ci-après, à titre d’exemple : Distances (en angströms) entre les centres d’atomes identiques :  — C H — H( H( 0,70) ; N≡N (1,10) ; O=O (1,20) ; F — F (1,28) ; C= C (1 (1,28) ,28) ; C — C (1,54) ; Cl —  Cll

(1,98). Elles marquent la croissance considérable dans cet ordre du volume des différents atomes. I I -2- P Pola olarr i té des consti constitua tuants nts d de es plast plastii que quess

Cette polarité joue un rôle évidemment considérable dans les propriétés diélectriques, surtout dans un champ alternatif de haute fréquence. Elle intervient aussi dans les forces de cohésion qui dépendent, en particulier, des dipôles. Quelques indications complémentaires des  précédentes sont donnée donnéess ci-après sur la po polarité. larité. Comme résines apolaires, nous avons : Polyéthylène, Polystyrène, Polytétrafluoroéthylène. Polytétrafluoroéthylène. Pour les plastifiants apolaires, il s’agit des paraffines.   I I -3- Cr C r i sta stallini lli nité té et longue longueur ur des cha chaii ne ness L’état cristallin est seulement

possible dans le cas des polymères réguliers. Il joue un

rôle considérable considérable dans la ccohésion ohésion des résines, en raison princ principalement ipalement des attractions latérales entre chaines, donc de leur longueur. C’est pourquoi le polyéthylène de haute densité (d=0,94) est plus résistant en traction,

moins perméable aux gaz, moins attaquable par les solvants, que le polyéthylène ordinaire (d=0,92) dont les chaines plus courtes, présentent de place en place des ramifications. SILUE Ouinlo

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I -Macrostructure C’est surtout la macrostructure, depuis le micron jusqu'à quelque millimètre, qu’il faut considérer à propos des charges ou des supports, voire les pigments ou les stabilisants, quand ces derniers, en raison de leurs insolubilité, sont susceptible de provoquer une certaines hétérogénéité. D’autre part, éventuellement, la graine d’orientation qui, dans l’injection

à entrée

large, a une épaisseur décroissante, de l’ordre du millimètre, à partir de l’entrée crée une macrostructure superficielle d’importance d’importance varia ble dans la solidité.

Eu égard à la nature, végétale v égétale par exemple, aux caractères géométriques du support ou de la charge, on peut tenter de donner une cote arbitraire d’un maximum égal à 10 aux

 propriétés mécaniques, thermiques, hygrométriques ou électriques qui se rattacha à la macrostructure correspondante. La gaine d’orientation se compose des matériaux orientables qui sont des matériaux injectés à basse température (polyéthylène 120 °C), des matériaux moyennement orientables c'est-à-dire des matériaux dont les températures de fusion sont environ 175 °C (polyundéc (polyundécanamide) anamide) et des matériaux peu orientables dont les températures de fusion varient entre 200 à 260 °C (polyhexaméthylène adipam adipamide). ide).

II - Microstructure I I -1-R ése sea aux liné li néa ai r es de dess the therr mop oplast laste es

Les forces de cohésion ont principalement pour origine une attraction latérale entre chaines dans le réseau : liaisons hydrogènes, dipôles, force de van der waals. Quand on refroidit à partir de l’état fluide maximal, obtenu néanmoins en dessous de la tem pérature de

décomposition thermique, on peut distinguer, plus ou moins nettement, suivant la vitesse de

refroidissement et le nature cristallisable ou non des polymères, différent état : fluide, plastoélastique, rigide (Figure 3).  

P olym olymè èr es cr crii sta stalli lli sab sable le ou p polym olymè èr es ré r éguli er s

Le mélange des polymères de toutes tailles, constituant un polymérisât ou un polycondensat, est cristallisable quand il présente une périodicité régulière des éléments, tout le long de la chaine.

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Il en est ainsi dans les 3 cas : -  La molécule du polymère à un plan de symétrie : CH2=CH2  ethylene →….CH2CH2-CH2CH2…. polyéthylène  polyéthylène. .   -  Les motifs formés par le monomère asymétrique se sont associés toujours dans le même ordre : tête à queue-tête à queue. Exemple :

Ce qui donne un polymère isostatique isostatique si les noyaux sont disposés avec régularité le long de la chaine en extension. -  Les motifs AB résultant d’une polycondensation aAa + bBb se sont forcement assemblés dans l’ordre AB AB en éliminant un résidu ab  

Exemple : (aAa)diacide + (bBb)diamine aAb amino-acide

AB AB AB + eau (ab)n 

Ou :

AB AB polyamide + eau

la chaine se dispose généralement en hélice qui represente l’arrangement le plus régulier dans le cas, par eexemple, xemple, du poly polystyrène styrène isostatique de de Natta où les noyaux benzéniques benzéniques sont alignés suivant 3 parallèles à l’axe, l’ax e, situées à 120° l’une de l’autre .

F i g ur ure e 3 : M ouv ouve ement m molé oléculair culaire e SILUE Ouinlo

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 Température de plasto-élasticité = température minimale de formage.  Température de

fluidité = température minimale de coulée, injection ou de boudinage.   Etat fluide 



C’est un état liquide dans

lequel le mouvement macro-brownien des macromolécules

indépendantes est caractérisé par des translations concomitantes aux rotations des segments moléculaires. Chaque macromolécule macromolécule tend à prendre une forme plus ou moins pelotonnée. La température de fusion est celle à laquelle l’attraction entre macromolécules devient

nulle, ce qui permet le début de leur translation.   Etat plasto-élastique 



C’est un état solide dans lequel les segments   des

macromolécules sont animés de

mouvement d’oscillations suivant leur axe et de rotation autour de ce dernier. Une contrainte mécanique d’autant plus forte que l’on s’éloigne de la température de fusion,  permet d’aligner les molécules en les déroulant et de favoriser ainsi la cristallisation.

F i gu gurr e 4 : poly olym mèr e i sost sostat atii que (N (Nat atta ta))

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La température de plasto-élasticité    est celle à partir de laquelle la mobilité des segments des macromolécules permet sans rupture l’orientation de ces dernières, sous l’effet d’une contrainte mécanique.  Cette

température est souvent appelée température du second

ordre, eu égard à la température de fusion qui est celle de transition du premier ordre. On  pourrait aussi l’appeler  température  température de transition vitreuse, car si le refroidissement est rapide à  partir de l’état du fluide, la crist allinité est négligeable et l’on a donc un état a morphe

ou

vitreux. Comme les mouvements rotationnels des groupes (CH 2)  n et CONH par exemple, dans la chaine d’un polyamide, ne s’arrêtent pas en même temps, il est parfois possible d’identifier

 plusieurs températures températures de transition. L’état plasto-élastique

est bien entendu celui qui convient pour le formage à température

suffisamment éloignée de la température de plasto-élasticité, pour que la contrainte mécanique à utiliser ne soit pas élevée.   Etat rigide



C’est l’état solide dans lequel la rotation des segments de la macromolécule s’est

arrêtée. Les possibilités de déformation du réseau sont alors très limitées (allongement % à la rupture de l’ordre de 1 à 2 % par exemple).  

T ab ablea leau u 1: T ab ablea leau u de dess te temp mpé ér at atur ure es de tr transi ansitition on de que quelques lques p polym olymè èr es cr crii stallisab stalli sables les 

 Nom

  

  

Polyéthylène linéaire haut polymère (d= 0.96) hPE de haute -120°

127°

densité Polyéthylène téréphtalate (PET)

70°

250°

Poly hexaméthylène adipamide Pa6,6

-120°

252°

-30° Polypropylène PP

-20°

167°

Polystyrène isotactique (d= 1.08) PSi

-10°

230°

Polyéthylène ramifié moy moyen en polymère (d= (d=0.92) 0.92) bPE de base -30°

105°

Pour mémoire : densité Polystyrène atactique (d=1.04) PSa SILUE Ouinlo

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75° 15

 

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 

Polymères non cristallisable ou polymères irréguliers

Contrairement au cas précèdent, les polymères non cristallisable ne présentent pas de  périodicité dans la position des éléments ou groupe d’éléments le long de ma chaine. Ils résultent d’association suivant des alternances quelconques, de motifs fournis par un ou

 plusieurs monomères monomères ou de positions positions quelconque quelconquess du motif fourni par un un monomère. E xemp xemple 1 : -  Polystyrène atactique : il peut résulter d’associations queue -tête ou tête queue dans un

ordre tel que ;

E xemple xemple 2 :  copolymère polyvinyle chlorure acétate (chlorure = C, acétate =A) ;

CA AC CCC AAA CAC AAC …    Etat plasto-élastique



Les difficultés d’alignement provenant provenant de l’irrégularité de la disposition de groupes volumineux ou polaires expliquent le relèvement progressif de la température de plastoélasticité que montre le tableau suivant des polyvinyles dérivés de monomères CH2=CH X où X représente le groupe latéral fixé sur la chaine principale. C’est après la température de plasto -élasticité caoutchoutique que l’on peut orienter les molé cules

et surtout près de la température

et réaliser le formage comme dans le cas

des polymères réguliers.

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  Etat caoutchoutique



C’est l’état dans lequel se

manifestent les propriétés élastiques du même type que

celles du caoutchouc. Il ne se présente vraiment que dans les polymères irréguliers au-dessus de la température dite caoutchoutique. Le module d’élasticité bien que très bas est

 proportionnel à la température absolue T. Au contraire, dans l’état solide rigide ou plastoélastique, le module est sensiblement proportionnel à 1/T. Après la fusion, le polymère régulier dont la viscosité est élevée doit être considéré à l’état fluide, puisqu’il s’écoule sous

son propre poids.

F i gur gur e 5 : viscosité des p poly olym mèr es ré r ég uli ulie er s e ett i r r éguli gulie er s ((co cour urb be obtenue à l’utraviscoson ).

A titre d’exemple, les courbes (  figure figure 5)  obtenues à l’ultraviscoson montrent que d’une part,  

la température de fusion  d’un polymère régulier est définissable à 2 ou 3° près et, d’autre  part, l’étalement de la viscosité d’un polymère irrégulier.   

C ompa parr aison aison entr entre e les éta états ts d de es po polymè lymèrr es ré r ég uli ulie er s e ett iirr r ég uli er s

Pour un même polymère, il est évident que les attractions donnent une cohésion plus forte de l’état rigide que dans l’état plasto-élastique. Mais d’autre part, les polymères réguliers ont au-dessus

de  qui se situe suivant le cas,

entre -120 et 70°c, une possibilité de cristallisation spontanée encore suffisante pour que, SILUE Ouinlo

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même sans orientation provoquée, leur cohésion soit forte jusqu'à la température de fusion. C’est ce que l’on constata ,

par exemple, dans le cas de polyéthylène ordinaire pour lequel

    et       Il en est autrement pour les polymères irréguliers courants, pour

lequel    est de l’ordre de 50-60° et de    de 90 à 100°c. C’est pourquoi leur viscosité au beaucoup plus élevée qque ue celle des ppolymères olymères réguliers au-dessus au-dessus dessus de  , bien que beaucoup de  , s’abaisse sans transitions nette vers des viscosités du même ordre que celle des  polymères réguliers réguliers au-dessus ddee   quand la température croit. Il semble donc que   joue pour les polymères irréguliers sensiblement le même rôle que    pour des polymères réguliers. Ceci est confirmé par la dilatation linéaire (figure 6) qui

montre que les courbes des polymères réguliers ne présentent que    A  pour les premiers, intervient l’écoulement sous une charge infime (quelques grammes dans le Dilatomètre Chevenard, modèle CEMP). Il en est de même à   pour les  polymères irréguliers. On peut considérer comme température d’écoulement  , la 

température de fusion des polymères réguliers et la température caoutchoutique  des  polymères irréguliers. irréguliers. L’allongement ∆L/L de 20 °C à la température de fusion  ou

caoutchoutique   est égal

au produit α. ∆θ du coefficient de dilatation α entre ces températures  deux

températures par

leur différence ∆θ. 

F i g ur ure e 6 : diff dif fér ence ncess de dilat dilatat atii on sui suiva vant nt la vvari ari été de dess po polym lymè èr es SILUE Ouinlo

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I I -2- R ése sea au m mult ultii br anche I I -2-1 -2-1-- Struc Structture C’est

un réseau probablement constitué par une unité ou un petit nombre de

macromolécule(s) formant une super structure ayant des mailles telles que abcd entre des ramifications anastomosées anastomosées en A et en serrant des ramifications plus ou moins nombreuses.

F i gur e 7 : R ése sea au mu mult ltii br anche I I -2-2 -2-2-- F orma rmattion

En raison de la formation du réseau par la prolifération de branches indépendantes à  partir de centres de formation tels que M1 et M2, on est conduit à la notion de macromolécule unique présentant cependant de très rares anastomoses (A). Cette macromolécule éventuelle doit donc avoir de nombreux points faibles. En effet, ces anastomoses sont probablement rarissimes dans le prépolymère de la poudre à mouler puisqu’il est fusible et soluble.  Leur nombre ne doit s’accroitre qu’assez faiblement pendant la cuisson qui s’opère au

cours du moulage. La probabilité de rencontre de fonctions complémentaires (+ et -) portées par deux rameaux en vis-à-vis parait assez faible : la mobilité de chacun d’eux étant limitée par son  point d’attache et le milieu étant très visqueux. D’autre part, pa rt, il faut f aut aussi que la distance entre

les extrémités des rameaux R 1 et R 2, portant ces fonctions, permettre la réaction. Si elle ne se  produit pas, une sorte de trou doit apparaitre dans la structure. En outre, des fonctions SILUE Ouinlo

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identiques (+ +) ou (- - ) peuvent se présenter en opposition, bien qu’elles n’aient pas de  possibilités réactionnelles. Enfin un rrameau ameau R 3 peut buter sur la partie médiane d’un rameau déjà formé. Le développement de R 3 est alors freiné par empêchement spatial. I I -2-3- Carac Caracttér i st stii que uess A priori, les réseaux multibranches n’ont qu’une mobilité d’ensemble limitée qui intéresse seulement les rameaux li bres,  bres, d’où la faiblesse de l’allongement à la rupture (qui est de l’ordre de 1 à 2 %) à la suite d’un aplatissement provoqué par une traction ou une

compression. Ces réseaux ne peuvent donc présenter, éventuellement, un état plasto-élastique que dans un intervalle de température fort réduit et quand ils il s sont incomplètement formés. Cet état se manifeste généralement à propos de la température e réfléchissement sous charge, sous l’effet de la faible contrainte mise en jeu. Toutefois, il est noter que la rupt ure

se

 produit souvent aux cours de ces essais surtout dans le cas des formo-urées et es formomélanines pour lesquelles la ramification est plus serrée qu’avec les formo-phénols. C’est pourquoi il nous parait plus logique de considérer la température de

fléchissement sous charge, dans le cas des thermodurcissables, comme étant une température de rupture plutôt qu’une température correspondant à celle de l’écoulement plastique des

thermoplastes. Dans ce dernier cas, il n’intervient à cette température qu’un  relâchement des

liaisons

latérales entre chaines alors que pour les réseaux multibranches, on peut penser qu’à la suppression de ces liaisons secondaires entre rameaux, s’ajoute la rupture des quelques liaisons primaires qui avaient formé les anastomoses (A) et dont l’importance est dominante.  

Cette hypothèse explique la nécessité d’une contrainte minime pour la réalisation de la rupture du réseau, à la température de rupture. Alors qu’une éprouvette de 3 mm d’épaisseur,

en thermoplaste irrégulier, placée entre appuis distants 100 mm s’affaissera sous son propre  poids à sa température d’écoulement, il faudra une contrainte supplémentaire pour pouvoir

apprécier la flèche indicatrice de la température de ruptur e dans le cas d’un phénoplaste.  

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I I -3- Ré R ése sea au liliné néa ai r e r éti culé I I -3-1 -3-1-Dé -Défi finit nition ion C’est un réseau solide qui résulte de la réticulation de molécules moyennes, fluides (mésomolécules) par d’autres petites molécules ou de la soudure de molécules longues d’un

 polymère linéaire ; ces molécules moyennes ou longues ayant une fonction chimique réactive sur chacun des motifs de leur structure ou sur quelques-uns de ces motifs. I I -3-2 -3-2-F -F or mati on Dans le cas d’un polymère linéaire généralement solide, une soudure S se fait le plus souvent par élimination sous l’effet d’un rayonnement, d’un H sur un carbone porté par

chacune des macromolécules identiques m1 et m2. C’est ainsi qu’un rayonnement X soude les macromolécules d’un film de polyéthylène

et supprime la température de fusion franche. Dans le cas des molécules moyennes d’un fluide (méso éthylène maléate phtalate), la fonction chimique portée par chaque motif peut être une double liaison du monomère solvant des molécules moyennes (styrène), par un catalyseur.

F igure ig ure 8 : Formation d’un réseau linéaire réticulé

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I I -3-3- Carac Caracttér i st stii que uess

Elles sont généralement intermédiaires entre celles des polymères irréguliers et celles des réseaux multibranches (2-2-2) mais variables avec le degré de réticulation qui, dans le cas où il est très faible, permet de retrouver une température d’écoulement, comme cela arrive avec certains polyépoxydes, c’est pourquoi les polymères réticulés peuvent être appelés semi -

rigidimères ou semi-thermorigides. I I --3-4- Rés Rése eau gr gre effé ff é

Ses caractéristiques se rapprochent de celles du réseau réticulé car la greffe consiste essentiellement à développer sur une macromolécule, une ramification formée par les petites molécules d’un monomère qui se sont soudées à cet effet. De même, ces petites molécules

 peuvent former un pont comme pré précédemment. cédemment. I I -3-5- Conclusi Conclusi on p pa ar tie tielle lle

En résumé, les différents états de la matière des objets ou semi- produits plastiques et leurs températures de transition présentés par le tableau ci-contre appellent les remarques suivantes : - La température de fluidité θf   n’est bien définie que pour les réseaux linéaires des polymères réguliers, c’est d’ailleurs leur température de fusion. Elle sépare l’état solide plasto -élastique

(plus ou moins résistant suivant le degré de cristallinité de c es polymères) de l’état fluide.  Cet état plasto-élastique fait place à une température, généralement inférieure à 0° C (exception 70° pour le polyéthylène téréphtalate), appelée température de plasto-élasticité θP à un état rigide.

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T ab ablea leau u 2: E tat tat d des es o objets bjets o ou u sem semii -pr -prod odui uits ts p plasti lastique quess et te tem mpé pérr atur atures es e ett transi transi tition on

Aussi bien les thermoplastes, généralement plasto-élastiques, donc à grand allongement, à la température de 20 °C, peuvent-ils être appelés plasto-élastomère plasto-élastomères. s. - La température de fluidité θf ou caoutchoutique θC des polymères irréguliers est moins bien définie que la température de fusion des polymères réguliers. Elle se situe généralement bien au-dessus de 20 °C. En conséquence, les thermo- plastes formés par des polymères pol ymères irréguliers (à faible allongement) peuvent-ils être appelés plasto-rigidimères, leur état plasto-élastique se  présentant au-delà au-delà de θ pà une température de tension variable avec la contrainte. - la température de fluidité θf  ou  ou plutôt de plasto-élasticité θ p des polymères multibranches est le témoignage d’une polycondensation incomplète, car elle est parfois une température de

rupture θr  d’ailleurs assez mal définie.  Remarques : les températures de tran transition sition comme les température températuress de rupture varient avec les contraintes mises en jeu, jusqu’à une valeur minimale qui distingue la rupture par écoulement de la rupture par la décohésion brutale.

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I I -4- Ca C ar act cté ér i st stii ques ues ggé éné nérr ales les

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V aleur leurss num numé ér i que uess

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I -1-1-D D i ffér ence d de e se sensi nsib bi lité li té the therr mom omé éca cani nique que de dess po polym lymè èr es

Les courbes de la figure 9 ont été enregistrées à l’aide du Rhéographe après l’imposition de la charge.

F i g ur ure e 9 : Sensi nsib bi lité li té the therr momécani caniq que d de es po polym lymè èr es Dans l’échelle de

représentation adoptée, ces courbes en traction présentent un axe de

symétrie qui a servi conventionnellement pour déterminer la température de transition, sous les mêmes contraintes mécaniques de 1 kgf/mm 2  et 0,1 kgf/mm2. L’allure de ces courbes montre, sur ce cas particulier, dont la portée semble assez générale, que la sensibilité thermomécanique croit dans l’ordre suivant  :

polymères multibranches (formo-phénol, farine de bois), polymères irréguliers (PMM), polymères pol ymères réguliers (polyamides). I -2- V ari ati ati ons d de es te tem mpér at atur ure es caracté caractérr i stiq sti ques a ave vecc la contr contrain ainte te

Les expériences effectuées en tension et en compression sur différents polymères (à l’état rigide) à l’aide du Rhéographe, modèle CEMP, à la

même vitesse constante d’élévation

de la température, mais sous différentes contraintes mécaniques, montre l’effet conjugué de la température et de la contrainte mécanique sur l’abaissement de la température de rupture,

dans le cas des polymères multibranches, de la température de plasto-élasticité, dans le cas des polymères irréguliers (figure10). Vers 50°, on passe de l’état rigide à l’état plasto élastique dans le cas du PMM.   SILUE Ouinlo

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F i g ur ure e 10 : V ari at atii on d de es te tem mpér at atur ure es d de e tr transi ansition tion po pour ur le fluag fluage e av ave ec co contr ntrain ainte te

I -3- D i ff ffé ér ence e entre ntre la com compr ession ssi on e ett la ttrr act ctii on

La température de plasto-élasticité est généralement plus élevée en compression qu’en traction, mais les différences diminuent quand la valeur de la contrainte s’abaisse. La courbe moyenne αm

entre les courbes de traction et de compression (figure 11) établies pour une

même contrainte, très faible, doit donc représenter la courbe de dilatation linéaire. Aussi quand on utilise, par exemple, le Dilatomètre Chevenard, modèle CEPM et qu ’on met en jeu des contraintes de quelques g/mm2, ces contraintes sont néanmoins suffisantes pour influencer la température caractéristique, (courbe αd) sur laquelle on remarque l’influence pour θ p vers 50°C. Ceci explique les nombreuses divergences de point de vue, au sujet de la température de transition vitreuse, déterminée par la dilatométrie, dans le cas des verres minéraux. 

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F i g ur ure e 11 : C ourbe de co com mpr essi ssio on e ett ttrr act ctii on

II -RAPPELS SUR LES PROPRIETES THERMOMECANIQUES Une propriété mécanique est une fonction qui exprime les relations qui entre la déformation d’un corps et la sollicitation qui provoque.  Il s’agit le plus souvent d’une sollicitation mécanique  : traction, torsion…. appliquée à un corps solide bien que d’autres sollicitations  :

chimique, thermique ou électrique, puissent

engendrer une déformation et que le corps sollicité sollicit é soit parfois un semi-solide. Les facteurs complexes, parfois interdépendants, qui sont à l’origine de la

déformation, peuvent être rassemblés sous la symbolique.

D=f(C, S, Pa, t) D =déformation ; C=facteurs chimiques ; S=facteurs structuraux ; Pa= facteurs physiques ambiants ; t=temps. I I -1- Co C or ps é éla last stii que I I -1-1- Dé D éforma formatti on-co n-cont ntrr ai nt nte e

La déformation qui est est à la contrainte F/S (F=force ; S= S=surface), surface), est indépendante indépendante du temps. Le corps élastique (Hookien) est représentable par un ressort sans hystérésis d’allongement. 

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I I -1-2 -1-2-- Modules d’élasticité  d’élasticité  

Les 2 modules : E en traction (Young) ; G en cisaillement (Coulomb) définissent la déformation. Traction

cisaillement

   E=

     

F i gu gurr e 12 : tract tractii ons e ett ccii sai sai lle llem ment I I -1-3- Co C oeffi ff i cient de poi sso sson n C’est le rapport d’une contraction transversale

 

l’allongement   (s’il s’agit d’un diamètre) à l’allongement



unitaire    .

   

  Environ 0,3 pour les résines.

Relation d’isotropie :



 

 

I I -1-4- Ré R ése sea au m multib ultibrr anche 

Il semble plutôt correspondre au corps élastique (à faible élasticité de caractère non caoutchoutique). SILUE Ouinlo

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I I -2- Co C or ps visco viscoé élast lastii que I I -2-1- E la last stii cité r etar dée

Le corps viscoélastique De Lord Kelvin peut être représenté par un modèle rhéologique (figure 13) ou le ressor t représente l’élasticité pure (Hooke) et l’amortisseur (Newton) disposé en parallèle, la viscosité. Cette viscosité se manifeste dans une courbe : Force  –Allongement par l’élasticité retardée qui provoq provoque ue la courbure suivant OAB et le retour de B à O suivant une allure exponentielle en fonction du temps ( figure 14, a et b).

F igure igur e 13 : M odèles rhéologiques représentant l’élasticité retardée 

F i gur gur e 14 : éla élastici sticité té r eta tarr dé

I I -2-2 -2-2-- Capacité d’amortissement D’après l’accommodation, l’aire de la courbe fermée traduit l’énergie dissipée en

chaleur dans chaque cycle après le lancement, sous l’effet d’une certaine énergie initiale.

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L’amortissement du mouvement vibratoire peut donc être caractérisé par la perte d’énergie

 

 

à chaque cycle.



      

K : coefficient de frottement intérieur

F i gure 15 : capacité d’amortissement   Le coefficient coefficient

d’amortissement intérieur ou capacité d’amortissement est donc la perte

relative d’énergie mise en jeu à chaque cycle d’un mouvement vibration.  

K

Acier

Phénoplaste farine de bois

Acétate de cellulose

PMM

0,001

0,15

0,17

O, 27

I I -2-3-R -2-3-Re elaxat laxatii on

C’est le relâchement exponentiel d’une de Fe  à

Ft en fonction du temps t quand elle est

supportée par un corps visqueux dont la déformation initiale ʏ ne peut changer (figure 367). La décroissance de Fo se fait suivant la relation :

F=FoetG/η  (e=2,7 ; t=temps ; η=viscosité ; G=module de cisaillement). Donc :        Pour η/G=t 

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F i gur gure e 16 : r elaxat laxatii on

Le temps de relaxation t est celui au bout duquel la force tombe à 1/2,7de sa valeur initiale.

I I  –   3- Corps plasto-élastique

Dt=

Et 

déformation

instantanée

élastique +Er   élastique retardée + pv plasto- visqueuse (élasto-visqueuse)

totale Origine

Etirage et déformation Redressement angulaire de la liaison molécules de valence

des Glissement

relatif

sous visqueux

des

contraintes, permis par macromolécules la rotation de segments consécutif

à

leur

moléculaire autour de déroulement certaines liaisons C-C Facteurs

Contrainte F/S sans Contrainte F/S

Contrainte :

inferieur du temps

Temps

F ‘/S F /S

Température.

Temps Température.

Manifestation Module d’élasticité à Frottement intérieur. l’origine.

Biréfringence (filament Fluage de polystyrène).

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Frottement intérieur. Long et travers

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I I -4- D éfor mat atii on d da ans le cas cas géné générr al

En deca de la rupture, la déformation totale D t peut être considérée comme la somme d’une déformation élastique instantanée E i  d’une déformation élastique retardée, Er , et d’une

déformation plastique visqueuse Pv. Le tableau ci-contre donne une analyse de cette déformation. On peut penser à propos des modèles rhéologiques que les rigidimères sont assez bien représentés par un ressort R 1. Les plasto rigidimères sont représentables, en principe, de même façon au-dessous de leur température de plasto-élasticité, à condition que la contrainte appliquée à la température de l’expérience ne soit pas susceptible de les faire passer à l’état plasto -élastique sans rupture. Dans l’autre cas, il faut, c omme

pour les plasto-élastomères, les représenter par un

ressort R 1 et en parallèle un ressort R 2  avec l’amortisseur A2 si la contrainte contrainte est inférieure à celle de l’écoulement. Si cette contrainte provoquait le début de l’écoulement, et une

déformation résiduelle permanente, on devrait associer au modèle l’amortisseur A 3 dont le liquide doit être assez visqueux pour ne pas se déplacer avant l’imposition de cette contrainte.  

I I -5-5- F lua luage C’est la croissance de la déformation due à un écoulement visqueux ,

en fonction du

temps (sous l’effet d’une force et d’une température constantes.) le schéma ci -après

(figure

368) montre que pour une ccourte ourte période.

F i gur gure e 17 : flua fluage gess SILUE Ouinlo

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Le fluage fluage pe peut ut être sensiblement proportionnel au tem temps. ps. La décharge indique une une certaine réversibilité du phénomène en raison de la recouvrance partielle des dimensions initiales. Le chauffage accélère le retour mais si l’on admet qu’il ne s’agit que d’élasticité

retardée, la suppression de la déformation due au fluage, doit demander un temps du même ordre que celui au cours duquel il s’est produit à la température considérée.   S’il y a déformation plasto -visqueuse, on a une déformation résiduelle qui est l’indice d’un vieillissement.  Le fluage est commodément enregistré à l’aide du Rhéographe, modèle CEMP

fonction on de la te temp mpé ér atur ature e  F ig igure ure 18: contrainte d’écoulement en foncti I I - 6- F act cte eur temps Le rôle du temps du dans les déformations sous contrainte mécanique est, d’après ce

qui  précède, des plus évidents. De nombreux témoignages peuvent en être donnés d’autre   part, à propos de l’essai de traction tra ction des polymères réguliers.  Dans

ce dernier cas on voit que

 pour le PMM sollicité) 4cycles/min se manifeste un minimum du frottement intérieur vers o

40 C. Serait- ce l’indice d’un point de transformation qui, par contr e, e, ne se manifesterait pas à 450cycles/mn

III-DEFORMATION D’ORIGINE CHIMIQUE OU PHYSICO-CHIMIQUE I I I -1-1- Origin Origine e  

R éacti action on to top po-chi o-chim mi que

Certains polymères linéaires (caoutchouc, huiles siccatives) ou complexe (furfurylique)  portent sur chacun de leur motif structural (dont la répétition définit le degré de SILUE Ouinlo

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 polymérisation) des doubles liaisons ou d’autres fonctions (alcool dans la cellulose)

susceptibles de réagir superficiellement.  

R éacti actions ons d dii énop nophi hiles les

D’autres polymères, surtout en présence de traces de fer, c’est le cas du PVC, ont une tendance, sous l’influence de la lumière, à perdre des éléments (1CL et 1H sur 2 carbones voisins). Il apparait ainsi une double liaison susceptible de réagir ensuite avec l’oxygène de l’air par exemple.   

R éact actii ons iincom ncomplè plète tess

Dans d’autres cas, deux (2) fonctions réactives complémentaires (ex  :

alcool et acide) à

l’extrémité de deux (2) chaines opposées dans un réseau linéaire ou sur deux (2) ramifications d’un réseau multibranche n’ont pas réagi pas manque d’activation ou fa ute

de temps. Deux

fonctions chimiques identiques, telles que des fonctions alcooliques peuvent être accolées, mais aussi, dans des circonstances favorables, elles réagiront sous l’effet, par exemple, d’une

élévation de température et le voisinage de doubles liaisons conjuguées. Ces accolements en opposition de fonctions identiques ou non, n’ayant pas formé, des ponts entre chaines,

constituent en fait, des points de faible résistance mécanique. I I I -2- E volut lutii on dime dimensio nsionne nnelle lle Elle peut découler de l’une des réactions précitées et, en particulier de l’évolution lente d’une réaction incomplète ou de sa reprise, plus rapide, sous l’effet d’une température plus élevée que celle de la réaction initiale de polymérisation. D’autres causes peuvent intervenir   ::

le champ alternatif qui échauffe les matériaux par l’agitation des constituants polaires, les ultra-sons par des effets complexes. I I I -3- Mi M i crofissures crofissures,, ac acco cole lem ment ntss

On a vu que dans les rigidimères ou les plasto-rigidimères, une déformation faible occasionnelle

peut

provoquer

des

fendillements

ou

craquelures

de

surfaces.

Les tensions de trempe sont souvent à l’origine ces ruptures. Toutefois le rôle des trous, des microfissures et des accolements internes d’origine mécanique ou chimique, mérite d’être

souligné. Ces discontinuités de structure donnent lieu sous contrainte mécanique à des concentrations locales de lignes de force, comme dans le cas des entailles ou des angles vifs, d’où l’amorce de la rupture. La propagation en est grand ement facilitée par les solvants, voire SILUE Ouinlo

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 par l’humidité qui provoque localement des variations de la tension superficielle.  

La diffraction sous petits angles des rayons X montre des crevasses, des trous ellipsoïdaux de 15 à 200A disposés suivent la longueur. I I I -4-Vie -4-Vi eilli illiss sse ement C’est généralement l’altération lente, en fonction du temps, de propriétés mécaniques

ou autres ; altération qui semble principalement provoquée par les conditions atmosphériques ou les conditions de service. I I I -4-4-11- F act acte eur urss at atm mosp osphé hérr i ques ques en foncti fonction on d de e la te tem mpér atur ature ee ett d du u tem temps  

Humidite

Elle peut, surtout à température supérieure à la normale (20 0), altérer certaines résines, telle que les polyesters.  

Oxygene de l’air 

Il peut intervenir dans certains malaxages (polyéthylène), chauffage, dans les pots d’injection (polyamides), etc. I I I -4-2- FFa act cte eurs de se serr vi ce  

Ambiances particulières

Certaines ambiances : huile de transformateur en électrotechnique, liquides électrolytes en chimie peuvent agir agir par dissolution ou réaction topo-chimique avec avec la résine.  

Effets electriques

Le champ peut agir faiblement par effet thermo-ionique. Le champ alternatif peut en  plus agiter les segments structuraux polaires, d’où il résulte un échauffement par pertes

diélectriques. I I I -5- Tr T r ai te tem ment d de e st sta abi lisa li satti on  

Vieillissement accéléré

Dans l’éventualité d’une température de service relativement élevée, ce vieillissement

doit être fait à une température supérieure à celle-ci. On notera qu’en principe une élévation de température de 10o double la vitesse d’une réaction chimique.   

SILUE Ouinlo

Suppression des tensions internes par un recuit.

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IV-HYPOTHESES ET EXPERIENCES DIVERSES SUR LA RUPTURE ET L’ECOULEMENT 

I V -1-po -1- poii nts faib fai bles da dans ns les plastique lastiquess  

or i gi ne des tr tr ous

Ces trous ont principalement pour origine des bulles d’air dissous dans la résine ou adhérentes à la charge. Elles peuvent être de taille submicroscopique mais leur présence éventuelle est relevable par la tension et le niveau d’ionisation comme aussi par les

diagrammes de rayons X. D’autres trous « lockertellen »existent dans le réseau multibranche, entre des fonctions terminales trop lointaine lointainess pour réagir. réagir.    Amo  Amorça rçage ge de la fiss fi ssurat uration ion 

Les trous ou microfissures sont des amorces de rupture par la modification locale du gradient de toute contrainte mécanique, thermique ou chimique qu’elles permettent.  

F i gur gure e19 : A mor çage çage d de e la fi ssurati ssurati on  

Propagation

Elle se fait vraisemblablement le long des plans de glissement qui ceux des accolements moléculaires parallèles dans les réseaux linéaires et des accolements en opposition dans les réseaux multibranches et elle tend à quand ces plans se présentent  perpendiculairement  perpendicula irement à sa direction. SILUE Ouinlo

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 

Rupture

La rupture se produit dans la zone où la densité par unité de volume des points faibles est la  plus grande. I V -2- R up upture ture p pa ar la d dé éco cohé hési sion on b brr uta utale le Elle intervient dans l’état rigide des multibranches ou des plasto-rigidimères, en raison de l’immobilité des chaines. Sous l’effet d’une contrainte p rogressive,

on a une rupture

 brutale suivant une section secti on lisse. L’amorçage peut se faire par un trou tel que M 7 (figure

19)

et se propager suivant le trajet en pointillé, car les molécules M6-M5 puis M4-M3, la rupture finale passera entre M7-M2  ou M1-M2  par exemple. L’allongement est petit, environ  : 1 %pour les rigidimères (phénoplastes (phénoplastes aminoplastes), aminoplastes), 2% pour les plasto-rigidimère plasto-rigidimèress (polystyrène) 2 à 3% pour les semi-rigidimères (polyépooxydes, polystyroéthlène-maléate phtatales). Dans le cas des rigidimères, la décohésion se terminerait par celle des rares liaisons primaires formées par anastomoses entre chaines voisines I V -3- R up upttur ure e par gli sse ssem ment p prr ogr essif

Cette rupture se présente dans le cas des plasto-élastomères qui existent à l’état  plasto-élastique à la température t empérature ordinaire ou des plasto-rigidimères qui ont été amenés dans l’état plasto-élastique par un chauffage associé à une contrainte.

Le déroulement progressif des chaînes aboutit à leur l eur alignement, ce qui crée une section ou la densité des terminaisons de chaines est plus élevé que dans les sections voisines (figure20). Ce sera la section de rupture.

F i gur e 20: r up upture ture p pa ar glisse gli ssem ment

Il est à rappeler que l’écoulement plastique qui permet la mobilité des éléments de la

chaine s’accompagne d’un dégagement calorifique plus ou moins important, suivant les SILUE Ouinlo

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39

 

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dimensions de l’éprouvette l’éprouvette et la v vitesse itesse d’accroissement de la contrainte. Cet échauffement se manifeste, par exemple, au cours de l’essai de traction du polyéthylène ou des poly -amides,  par une sorte de fusion telle que l’on a l’impression du déplacement d’un fluide, d’une extrémité de l’éprouvette opposée à l’entrée d’injection, jusqu’à l’autre extrémité. A la main, on peut avoir une sensation d’élévation de la température de l’ ordre de 60à 700. La rupture par glissement s’apparente donc partiellement à une rupture par fusion et le travail, déduit de l’aire la courbe éventuellement enregistrée dans l’essai mécanique correspondant, ne représente pas l’énergie totale nécessitée pa r la rupture. D’autre part, la contrainte de rupture semble être caractéristique moins spécifique d’un

 plasto-élastomère que sa contrainte d’écoulement, puisque cette dernière dépend moins des caractères géométriques de l’éprouvette. Il est toutefois intéressant de considérer la contrainte

vraie de rupture qui est le quotient de la force par la l a section de rupture. I V -4- D i ff ffé ér ence entre la rrup upture ture d de e ttrr action action et en com comp pr essi ssio on I V -4-1-4- 1- I ndi ndica cati tions ons de dess ttab ables les de caracté caractérr i sti stique quess numé numér i ques

Elles signalent des différences différences considérab considérables les entre la contrainte de rupture en traction et en compression. Cette dernière est souvent sensiblement deux (2) fois plus grande que celle qui est relative à la traction. Il convient toutefois de remarquer que ces valeurs concernent, dans un cas comme dans l’autre, une contrainte calculée d’après le quotient de la charge de rupture par la section initiale de l’éprouvette. Or l’éprouvette de compression est soumise entre deux plateaux, à un

aplatissement uniforme provoqué par une force dont l’accroissement est lié à celui de la variation de la section perpendiculaire à l’effort. Dans le cas de la traction, la striction n’est

 pas toujours uniforme uniforme et elle peut se produire en plusieurs plusieurs zones. Aussi bien l’accroissement

de la force est  –il lié d’une façon généralement moins simple, à

l’une des sections perpendiculaires à l’effort. On peut seulement calculer facilement la

contrainte relative à la section de rupture. Si donc, dans les cas de la traction et de la compression, on considère les contraintes vraies de ruptures, on peut se demander si elle ne serait pas sensiblement les mêmes.

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I V-4V-4-2 2- Hypothèse  Hypothèse d’une contrainte de rupture vraie plus élevée en   compression qu’en traction 

  Vraisemblance



Cette hypothèse semble tout d’abord assez naturelle. En effet, à l’opposé de la traction qui semble, a priori, facilité la décohésion, la compression devrait la freiner   Plastomères



Si l’on se réfère aux explications antérieures, on est porté à admettre que les glis sements,

même très limités dans la décohésion brutale, entre éléments de chaines parallèles à la contrainte, se produiront aussi facilement, pour une même contrainte en traction qu’en

compression. Par contre, les éléments perpendiculaires à la contrainte auront une tendance à être bloqués les uns sur les autres dans le cas d’une compression au lieu d’en être écartés,

dans le cas de la traction. L’expérience semble, en fait, montrer que la température d’écoulement est un peu plus

élevée pour une même contrainte, en compression qu’en traction et que cette différence parait s’accroitre quand la contrainte croit, comme le montrent les exemples suivants relatifs au

PMM : 1kgf/mm²

5kgf/mm²

Traction

87°c

30°c

Compression Compressi on

92°c

60°c

Ces données favorisent l’hypothèse d’une contrainte de rupture plus élevée en compression qu’en traction. 

F i gur e 21 : C ont ntrr ai nte de r up upttur ure e SILUE Ouinlo

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Les éprouvettes longitudinales L orientées (figure21) doivent se coucher de (a) à (b) pour que la décohésion puise puise se faire par glissement perpendic perpendiculairement ulairement à la force de compre compression ssion

I V -5- T empé pérr atur ature e de pla plasto sto--élasticité d’après les essais mécaniques à différentes températures

On a souvent déterminé des températures de transition des polymères par la variation en fonction la température d’une caractéristique physique, telle que  :

-le volume spécifique -le module en vibration alternées, -l’allongement unitaire sous charge constante.   Il semble possible de s’adresser également à la contrainte d’écoulement.

F ig igure ure 23 : contrainte d’écoulement en  fonc  fo nctti on de la températ rature ure

F i g ur ure e22 : co cour urbe be de traction traction sur polyé polyéthylè thylène ne

I V -5-1- Polym Polymèr es r égulie guli er s Si l’on considère en effet la courbe  : contrainte- allongement du polyéthylène il semble a priori, qu’une anomalie dans les contraintes d’écoulement définies par l’ordonnée maximale

de la déformation élastique instantanée, apparait entre -25oet 0o C. si donc porte en ordonnées ces contraintes d’écoulement et en abscisses les températ ures, on a une courbe (figure 22) qui

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semble présenter un point anguleux à une température de plasto- élasticités ӨP  de l’ordre de -25 o C. Les courbes contraintes-allongement faites de part et d’autres de Ө P rappellent la rupture de décohésion dans l’état rigide et la rupture dans l’état plasto-élastique.

I V -5-2- Polym Polymè èr es ir r éguli gulie er s L’observation des centres de symétries des cou rbes

enregistrées au Rhéographe

semble montrer dans différents cas examinés et en particulier pour le PMM q qu’un u’un point de

transition existe vers 50o (figure 23), la rupture qui interviendrait rapidement en déca étant du type de la décohésion brutale et au-delà, du type à glissement. On peut de même penser d’après la courbe dilatométrique en compr ession ession

et en

traction (figure 24), qu’un point d’inflexion existe vers la même température. Les contraintes d’écoulement et de rupture relevées donnent les droites .

Enfin, si on effectue des essais de traction à différentes, on obtient en deça de 60 o des courbes du type de glissement avec palier qui croit avec la température. t empérature.

F i gur ure e 24 : var var i ati ati on d de es te tem mpé pérr at atur ure es de de tr transi ansition tion po pour ur le flu fluage age rap rapii de av ave ec la co contr ntrain ainte te

I V -5-3- E ta tatt ca cao outcho utchoutique utique

Au voisinage de la température de fusion du polymère régulier ou d’écoulement obtenue à l’aide du dilatomètre, du polymère irrégulier, la matière fluide est à l’état caoutchoutique  ; cela signifie qu’à cette température, elle ne présente pas d’élasticité retardée. Par conséquent,

toute orientation qui lui est donnée dans cet état caoutchoutique ne peut être conservée que  par un refroidissement. refroidissement. SILUE Ouinlo

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I-Classement des polymères d’après leur structure et leurs états, en fonction de leurs températures de transitions Les polymères multibraches ou rigidimère ne se présentent que à l’état rigide. Les

réticulés ou les semi-rigidimères, ou sémi-thermoplaste, peuvent, comme les thermoplastes,  peuvent présenter suivant la température considérée, des états qui dépendent de la contrainte mécanique appliquée. Lorsque nous regardons les courbes de traction de la figure 25, les  points d’inflexion correspondaient a l’état rigide dans le cas de la partie ascendante gauche du quadrilatère en pointillé et à l’état plasto -élastique

dans la partie descendante droite pour des

contraintes inférieures à 4kgf/mm².

F i g ur ure e 25 : co cour urb bes de tr trac acti tion on e ett d dii agr agram amm mes the therr mom omé écani caniq ques

.

I -1-E tat ri r i gi de o ou uT The herr modur urcissab cissable less C’est celui de l’inertie générale de la structure. L’effet d’une contrainte mécanique ne peut à priori, conduire qu’a la rupture par décohésion sans glissement. L’allongement élastique très

faible découle du rapprochement possible entre macro-molécules filiforme étroitement emmêlées et de la déformation angulaire des liaisons valencielles. Dans le cas d’un réseau multibranche constit ué

par une sorte de macromolécule unique,

comprenant des mailles enserrant des ramifications, la dilatation par une cause thermique ou mécanique ne peut conduire qu’ a la rupture, sans passage à l’état plasto -élastique, si le réseau

est complètement polycondensé polycondensé..

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polym lymè èr e m multi ulti br anche F igure ig ure 26  26 : po

F i gur e 27: polym lymè èr es ir i r r éguli er s o ou u rré éticulé ticuléss

F i gur e 28 : polym lymè èr es ré r éguli er s

I -2- E tat tat p plasto lasto-éla -élasti stiq que o ou uT Thermo hermopla plasti stiq ques C’est celui d’un écoulement possible de la matière, sous l’effet d’une contrainte

mécanique. Dès que les liaisons latérales, entre macromolécule filiformes des polymères réguliers ou irréguliers dont les segments sont animés de mouvements rotationnels ont été SILUE Ouinlo

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suffisamment relâchées à une température d’ailleurs variable avec la contrainte exercée, le

déroulement des macromolécules emmêlées peut se produire en donnant un écoulement rapide de la matière  

Températuree de Plasto-élasticité Températur

En température croissante et contrainte mécanique décroissante, c’est la température minimale à laquelle une contrainte mécanique est également minimale produit l’écoulement

de la matière, sans qu ’il ait décohésion. Au-delà de cette température la contrainte mécanique nécessaire à l’écoulement décroit décroit d’ailleurs avec la température.   

Contrainte mécanique minimale d’écoulement

C’et la contrainte mécanique minimale (kgf/mm²) à laquelle la température d’écoulement

de la matière est la plus basse.  Dans l’exemple du PMM la température de plasto -élasticité et les contraintes mécaniques minimales d’écoulement sont respectivement de l’ordre de50°C et

de 3kgf/mm². I -3- E tat tat ccao aoutcho utchouti utiq que ou Elasto E lastom mèr es

C’est celui où les déformations provoquées par une contrainte mécanique ont un caractère élastique. Elles disparaissent donc instantanément ou progressivement après la suppression de la contrainte. Cet état apparait à la température caoutchoutique dès qu’un  

nouveau

relâchement des liaisons transversales entre les macromolécules m acromolécules des polymères irrégulières se manifeste.

Températuree caoutchoutique Températur En température croissante et contrainte mécanique décroissante, c’est la température

minimale à laquelle apparait l’élasticité avec une brusque augmentation de la contrainte de rupture qui décroit ensuite quand la température s’élève.  

Cette température caoutchoutique semble être pour un polymère régulier voisine de la température de fusion, à partir de laquelle le poids de la matière suffit à provoquer un écoulement. Ces phénomènes expliquent pourquoi, dans la pratique, on impose une contrainte faible (0,6 2

kg/mm ,

Normes française) pour déterminer approximativement d’une manière conventionnelle, une température d’écoulement appelée température de fléchissement sous SILUE Ouinlo

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charge) des polymères irréguliers et avec la même contrainte une température légèrement inférieure à celle de la fusion pour les polymères réguliers  I -4- V ale aleur urss de quelq quelques ues te tem mpér at atur ure es de ttrr ansi ansitions tions de polym polymè èr es li li né néair air es   Polymères irréguliers



  

  

Nom Polychlorure de vinyle rigide

-40°c

79°C

PMM pur

52°C

111°C

Polystyrène

75°C

90°C

Polyfluorure de vinylidiène

-64°C

-20°C

  Polymères régulières



 Nom

  

  

  

Polyéthylène haute densité (hPE)

-21°C

60°C 125°C

Polypropylène

-20°C

60°C 125°C

Polycrapolactame Polycrapolacta me (Pa6)

10°C

45°C 215°C

Polyhexaméthylène Polyhexaméthy lène adipamide (Pa6, 6) -20°C

30°C 250°C

Polyamide 6,10 (Pa6, 10)

50°C 228°C

-30°C

Polyundécanamide Polyundéca namide (Pa11)

175°C

Polyéthylène (bPE)

-105°C 10°C 105°C

Polytétrafluoréthylènee Polytétrafluoréthylèn

-90°C

28°C 327°C

II-P APPLICATIONS DES MATIERES PLASTIQUES I I -1- Thermo Thermod dur urcissab cissable less

Les thermodurcissables représentent 20% des matières plastiques consommées en Europe en 2000 soit environ 10 millions de tonnes. Les plus connus sont les polyuréthannes, les polyesters, les phénoplastes, les aminoplastes, les élastomères, les résines époxydes et  phénoliques Au départ, les thermodurcissables thermodurcissables se présentent sous forme de poudres ou de résines qui subissent une transformation chimique au cours de leur chauffage, de leur refroidissement ou par l’action de durcisseurs. Parmi les thermodurcissables on peut avoir :

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 

Les polyuréthanes (PUR)

Ce sont des matériaux dont les caractéristiques sont très variées avec une grande diversité de textures et de duretés. Les polyuréthanes sont les polymères les plus utilisés pour faire les mousses. Ils sont formés par l’association d’un isocyanate (composé organique

comprenant la séquence : -N=C=O) et par un alcool (composé organique dont l'un des carbones est lié à un ou plusieurs groupements hydroxyle -OH.). En fonction des associations chimiques réalisées avec différents monomères on peut obtenir des colles, des élastomères, des fibres (Licra) des mousses souples ou rigides grâce à des agents d’expansion, des  polyuréthanes solides et compacts que l’on peut renforcer par de la fibre de verre. On les

utilise pour fabriquer des matelas, des sièges de voiture, des tableaux de bord, des roues de  patins à roulettes ou des chaussures chaussures de ski.

 

L es po polye lyeste sterr s insat i nsatur uré és 

Les polyesters insaturés sont obtenus par réaction de condensation entre différents  polyacides et des glycols (éthylène glycol, propylène glycol). Ces produits appelés époxydes sont des substances chimiques comportant un oxygène ponté sur une liaison carbone-carbone. Ils sont dilués ultérieurement dans un monomère non saturé comme le styrène. Quand un catalyseur est introduit dans cette résine, les produits se combinent provoquant un durcissement irréversible appelé la réticulation qui correspond à l’apparition de liaisons chimiques formant un réseau macromoléculaire tridimensionnel. tri dimensionnel. Le polyester sert surtout à fabriquer des fibres textiles artificielles, Les tissus produits sont  brevetés sous les noms de Dacron, de Tergal ou de Térylène. La fibre polyester est la plus  produite dans le monde car son utilisation très répandue dans l'habillement. Ses applications se sont aussi diversifiées dans l'industrie, notamment sous forme de films destinés à

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l’agriculture, aux travaux p ublics,

aux coques et cabines de bateaux, aux carrosseries

d'automobiles, aux piscines.  

L es phé phénop noplast laste es (P ( PF )

Dans ce groupe, une des plus anciennes matières plastiques connue est la Bakélite. Ce matériau providentiel a eu d'innombrables applications dans les domaines scientifiques et dans la réalisation d'objets: téléphones, postes de radio. Ces résines thermodurcissables résistent très bien aux produits chimiques et à la chaleur. Elles sont également électriquement isolantes. On peut les transformer par moulage et par compression pour fabriquer les poignées de casserole, de fer à repasser et des plaques de revêtement.  

L es a am mi nop noplast laste es (M (MF F)

Ces produits résineux sont essentiellement utilisés en stratification sur des textiles  plastifiés, les panneaux panneaux de bois bois agglomérés pour le mobilier de ccuisine uisine et les plans de travail. I I -2 T he herr mopla last stii que uess Ils représentent 80% des matières plastiques consommée consomméess en Europe en 2000 soit plus de 35 millions de tonnes ! Avant transformation, ils sont sous forme de granulés ou de poudres dans un état chimique stable et définitif car il n’y a pas de modification chimique lors de la

mise en forme. Les granulés sont chauffés puis moulés par injection et le matériau broyé est réutilisable.

 

L e polyé lyéthy thylè lène ne ( P E ) Cette matière plastique représente à elle seule environ un tiers de la production totale des

matières synthétiques et constitue la moitié des emballages plastiques. Plusieurs millions de tonnes de polyéthylène sont produites chaque année car c’est un matériau extrêmement  polyvalent et important sur le plan économique et écologique. Grâce à sa structure chimique simple, le polyéthylène prime sur la plupart des autres matériaux car il peut être réutilisé. Au cours de ces dernières années, le recyclage des produits usés en PE a pris de plus en plus d'importance : 50% du PE constituant les sacs poubelle est recyclé. Le polyéthylène est translucide, inerte, facile à manier et résistant au froid. Il existe différents polyéthylènes classés en fonction de leur densité. Celle-ci dépend du nombre et de la longueur des SILUE Ouinlo

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ramifications présentes dans le matériau. On distingue deux familles: le PEBD ou  polyéthylène basse basse densité et le PEHD polyé polyéthylène thylène haute den densité. sité.

Le PEBD est utilisé dans les domaines les plus divers. Sa densité est inférieure à celle de l'eau. Il présente une bonne résistance chimique, il est olfactivement, gustativement et chimiquement neutre pour les denrées alimentaires. Il est transparent, peut être facilement transformé et se prête très bien au soudage. Sa durée de vie est très longue à cause de sa grande stabilité mais il se recycle bien. Les principales applications du PEBD sont des  produits souples : sacs, films, sache sachets, ts, sacs poube poubelle, lle, récipients souples (bou (bouteilles teilles de ketchup, ketchup, de shampoing, tubes de crème cosmétique …)

Le PEHD est utilisé pour des objets plastiques rigides. On le trouve par exemple dans des  bouteilles et des flacons, des bacs poubelles, poubelles, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des jouets, jouets, des ustensiles ménagers, des boîtes type « Tupperware », des jerricans Certains sacs plastiques sont constitués par du PEHD : lorsque le sac se froisse facilement sous la main, avec un bruit craquant et revient spontanément à sa forme d'origine, c'est du PEHD. Lorsque le touché est plus « gras », que le plastique se froisse sans bruit et se perce facilement avec le doigt, c'est du PEBD.

F i gur ure e 29 : bac de po poube ubelle lle  

L e po polypropy lypropylène lène ( P P )  

C’est aussi un polymère très polyvalent qui sert à la fois comme thermoplastique et

comme fibre. Il est très t rès facile à colorer et n'absorbe pas l'eau. On en trouve beaucoup sous forme de pièces moulées dans les équipements automobiles (pare-chocs, tableaux de bord, habillage de l'habitacle) et dans le mobilier de jardin. Ce matériau sert à fabriquer des  boîtes à aliments qui résistent au lave-vaisselle parce qu'il ne fond pas en dessous de SILUE Ouinlo

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160°C. Le polypropylène est aussi utilisé dans la fabrication de fibres synthétiques (tapis, moquettes, cordes, ficelles) mais aussi pour les emballages alimentaires en raison de son aspect brillant et de sa résistance (flacons, films, pots). Cependant, le PP film est un des  plastiques usuels les plus difficiles à recycler surtout s'il est imprimé. Le contrôle de la  polymérisation par catalyse permet de jouer sur la structure enfin de produire du  polypropylène élastomère.

F i gur gure e 30 : Corde Cordess

 

F i gur gure e 31 : F laco lacons ns et Pot Potss

L e polyst lystyr yrè ène ( P S)

Le polystyrène est un plastique dur, cassant et transparent. C'est un produit industriel courant largement diffusé, offrant de très nombreux usages. On le reconnaît facilement à un  blanchissement  blanchisseme nt sur les zones de contraintes aavant vant la rupture ou à sa fumée noire eett à son odeur caractéristique lors de sa combustion. On l’utilise pour fabriquer du mobilier, des emballages,

des grilles de ventilation, des jouets, des verres plastiques. On distingue trois types de  polystyrènes : - le polystyrène "cristal" n’a pas une structure cristalline mais porte ce nom en raison de son aspect transparent. Il polymérise sons forme de perles à haute température en  présence d’un adjuvant plastifiant. C’est un plastique dur et cassant utilisé pour de

nombreux types de boîtes, les boîtiers CD notamment.

F igure igur e 32 : B oitie itiers rs CD SILUE Ouinlo

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- le polystyrène "choc" ou HIPS (high -impact polystyrène) ou acrylonitrile butadiène styrène est un copolymère formé par du styrène et du polybutadiène. C’est le plus

commun de la famille des plastiques styréniques car il est résistant, capable de supporter des impacts plus forts que le polystyrène normal. Cet ABS est employé par l'industrie pour des produits rigides, légers et moulés (bacs à douche). Le  polybutadiène a été un des premiers élastomères synthétiques à être iinventé nventé car il est très similaire au caoutchouc naturel.

F i gur gure e 33 : B acs à douche

Le matériau le plus connu de la gamme est le polystyrène expansé (PSE.) Ce polystyrène est solide à 20°C, pâteux à 120°C et fondant à 160°C. C’est sorte de mousse blanche compacte inflammable et combustible. Il existe deux types de PSE : le polystyrène expansé moulé (PSE-M) obtenu à partir d'un polystyrène "expansible" et le polystyrène expansé extrudé (PSE-E). Une première expansion est opérée à la vapeur d'eau puis une  période de repos permet aux perles de PS pré-expansées de perdre leur excédent d'eau. Enfin, on les expanse et on les moule à la vapeur dans la forme voulue. C’est un mat ériau qui sert à emballer les appareils sensibles aux chocs et qui est un très bon isolant thermique pour les plaques de doublage des murs.

 

Le polycarbonate (PC)

Le polycarbonate est un matériau qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne résistance thermique jusqu'à 120°C. On l’utilise pour la fabrication des casques

de moto ou des boucliers de police. Comme il est très transparent, il sert aussi à la fabrication des CD et des DVD, des vitrages des guichets à l'épreuve des balles et des SILUE Ouinlo

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 phares, feux arrière et clignotants de voitures. Enfin, sa neutralité physiologique permet son utilisation dans le domaine médical pour la fabrication de matériel et de prothèses. Par contre, il résiste mal aux contacts prolongés avec l'eau, aux agents chimiques et aux rayons ultraviolets.

 

L es po polyeste lyesterr s et le p polyét olyéthylène hylène tté ér ép éphtalat htalate e ( PE T)

C'est un polymère obtenu par la polycondensation de deux composants : le diméthyltéréphtalate et l'éthylène glycol. Les chaînes vont s'arranger et former des fibres résistantes. Le PET est surtout employé pour la fabrication de fils textiles, de films et de  bouteilles. L'inventeur des bouteilles en PET, Nathaniel Wyeth voulait faire une bouteille incassable. Cependant, ce plastique devient mou à moyenne température. Cette propriété empêche de consigner les bouteilles en PET car il faut les laver à une température trop haute. Pour cette même raison, on ne peut pas l’utiliser pour les confitures qui sont coulées chaudes

dans les pots. Il existe aujourd’hui un nouveau type de polyester plus résistant à la chaleur qui correspond à ce que l'on recherche r echerche pour les pots de confiture et les bouteilles consignées. C'est le polyéthylène naphtalate ou PEN.

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 

Les polyacétals ou polyoxyméthylène (POM)

Les polyacétals ont des propriétés qui les rendent irremplaçables pour des pièces à fortes exigences mécaniques comme les engrenages et les poulies. Ils sont solides, présentent les qualités de métaux tels que l'acier, l'aluminium ou le zinc. Ils résistent à la plupart des agents chimiques et ont un faible coefficient de frottement. Par contre, ils ont une densité élevée et une assez faible résistance à la température. La recherche vise à augmenter leur résistance au choc pour permettre la réalisation de plus grosses pièces.

 

L e poly olychlorur chlorur e de vinyle PCV PC V

Il est obtenu par la polymérisation des monomères de chlorure de vinyle CH =CH −Cl 2. Ce  polymère de formule − (CH −  CH −  Cl ) −

2n

est issu d’une réaction chimique entre de

l'éthylène et de l'acide chlorhydrique, en présence d'oxygène, Il peut être soit rigide soit souple selon les ingrédients qu'on lui incorpore. Le PVC rigide qui a un aspect lisse et dur est utilisé pour les tuyaux de canalisation. Le PVC souple qui recouvre certaines pièces comme les manches de pinces a un aspect brillant. C'est après le PE, le plastique le plus utilisé au monde. Il est largement employé dans l’industrie de l'ameublement et dans  le

génie civil.  

bâtiment ou le

L es polya polyam mi des (P ( PA )

C'est la première matière plastique à avoir été découverte en 1938. Selon la longueur des chaînes, on obtient différents types de PA que l’on distingue par des chiffres : par exemple le

PA 6.6 est le nylon. Ce sont des polymères qui offrent un bon compromis entre des qualités mécaniques, thermiques et chimiques. Les polyamides sont utilisés pour réaliser des pièces moulées dans l'appareillage ménager et automobile, des tapis et des moquettes, de la robinetterie, de la serrurerie, des engrenages, des textiles (lingerie et voilages). L'inconvénient  principal de tous les polyamides est qu’ils sont hydrophiles ce qui limite leur usage pour

certaines pièces mécaniques SILUE Ouinlo

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II-3- LES ÉLASTOMÈRES. Ces polymères présentent les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Un élastomère au repos est constitué de longues chaînes moléculaires repliées sur elles-mêmes. Sous l'action d'une contrainte, les molécules peuvent glisser les unes par rapport aux autres et se déformer. Pour que le matériau de base présente une bonne élasticité il subit une vulcanisation. C’est un procédé de cuisson et de durcissement qui permet de créer un réseau

tridimensionnel plus ou moins rigide sans supprimer la flexibilité des chaînes moléculaires. On introduit dans l’élastomère au cours de la vulcanisation du  soufre, du carbone et différents

agents chimiques. Différentes formulations permettent de produire des caoutchoucs de synthèse en vue d’utilisations spécifiques.

Les élastomères, en particulier ceux d'origine synthétique, sont surtout employés dans les  pneumatiques 55%, les pièces techniques pour l'automobile ou le bâtiment 20%, et les adhésifs 5% ; le silicone ; les fluides pour transformateurs électriques, mastics, moulages complexes, revêtements antiadhérents, vernis, cires, traitement des brûlures, chirurgie esthétique

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CONCLUSION Au terme de notre travail, il en ressort que le plastique est constitué en général de résine, de charges, de plastifiants et additifs. La résine constitue, l’élément principal de la

matière. Elle peut être soit linéaire ou multibranche. Lorsque la résine est linéaire, le polymère apparait cristallisable ou non cristallisable avec différents états (rigide, plasto-élastique, caoutchoutique). La connaissance de la structure et de la composition, permet de donner les applications, les propriétés et le contrôle des plastiques. Plusieurs tests permettent de confirmer les différentes propriétés tant mécaniques que thermiques. Aussi, les différents tests mécaniques justifient bien l’utilisation des différents matériaux.

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

[1] G. Natta. Catalyse stéréoscopique et polymères isotactiques. I nd ndustri ustrie e de des P Plast lastii ques ues  Mo  M oder ne nes, s, novembre 1957, p.51.

[2] A. WILLBOURN. T he g lass ttrr ansiti ansitions ons in poly olym mer s with the ( C H   22 )  ) Gr oup. Trans. Of the Faraday Society, mai 1958, vol. 54, Part 5.

[3] M. Chatain, G. Hery et J. Prevot. Viscosité des hauts polymères fondus déterminée à l’aide d’un appareil à ultra -son. Industrie des Plastiques Modernes, novembre 1958, p.32.

[4] P. PIGANIOL. Nouvelles méthodes physiques de recherches dans le domaine de macromolécules. I ndustri e des des Pl Plast astii que quess M Mod ode er nes, avril 1955, p.39.

[5] M. Chatain. Plasticité des thermodurcissables. I ndustrie ndustri e des Pl Plast astii ques M od ode er nes, novembre 1958, p. 37-45.

[6] G. M. Kline. Amélioration de la résistance au fendillement et au choc par étirement multiaxial. I nd ndustri ustrie ed de es P Plast lastii que uess M oder ne nes, s, juin 1958, p.30. p.30.

[7] B. Maxwell et L. Rahn. F acte acteur urss de fendi ndill llem eme ent et au choc pa parr étitirr ement  ment , S.P.E. Journal novembre 1950,p.7.

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