les polyméres

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Le rapport de stage sur la transformation De la Matière plastique

LES POLYMERES DE GRAND DIFFUSION Click to buy NOW!

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R

EMERCIEMENTS

Tout d’abord, mes sincères remerciements sont destinés au directeur du S.P.A

TRANSPOLYMERES Mr DAFAL, et Mme MENASERIA qui ont Répondu à ma demande et

permis d’effectuer ce stage au sein de L’entreprise, afin que je me fasse une première idée du monde de l’industrie et de la production.

Nous remercions également pour leur patience et leur encadrement mon tuteur Mme MENASERIA ainsi que pour toute l’explication et enseignement qu’ils m’ont apportés au cours de ce stage, de plus chacun de leurs conseils, remarque ou explication ont contribué à

enrichissement tout au long des dix jours, je remercie pour avoir tout témoigné de leur entière disponibilité à tout instant

Pour finir je remercie profondément l’équipe tout entière ainsi que tout le personnel du l’entreprise pour leur sourires, leur accueil au sein de leur équipe ainsi que toute bienveillance, favorable de la sorte le bon déroulement de mon stage et faisant de lui une expérience

enrichissent, passionnante, marquante et mémorable.

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Dédicace ………..

Je dédie ce modeste travail à ma chère mère et mon cher père.

Mes frères et mes sœurs

Toute ma grande famille Dadi et Saad Guermèche

Tous mes collègues de Lpoly11

Dadi bilal

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SOMMAIRE

Remerciements Dédicace Introduction présentation de l'entreprise PRESENTATION DE L’ENTREPRISE ... 1 I.1. Dénomination ... 1 I.2. Localisation ... 1 I.3. Historique ... 1

I.4. Activité de l’entreprise ... 1

I.5. Capacité installée ... 1

I.6. Organigramme de l’entreprise ... 2

PARTIE I CHAPITRE I LES POLYMERES I.1.Origine ... 4

I.2.Définition ... 4

I.3.Structure des polymères ... 5

I.4.Les principaux des polymères ... 6

I.4.1.Thermoplastiques ... 6

I.4.2.Thermodurcissables ... 6

I.4.3. Elastomères ... 6

I.5.Synthèse des polymères ... 7

I.5.1.Polycondensation ... 8

I.5.2.Polymérisation en chaîne ... 8

I.7.Température de transition vitreuse ………...9

I.8.Matière plastique………...……….9

I.9.Les adjuvants ……….9

CHAPITRE II CRITERE DE CHOIX MAIERE PLASTIQUE II.1.Position des problèmes ... 11

II.2.Coût ... 11

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II.8.Application des critères aux matériaux types ... 14

II.9.Critères retenus pour les élastomères ... 15

II.10.Propriétés des principaux matériaux polymères ... 16

II.11.Principales matières plastiques ... 17

II.12.Recyclage ... 18

CHAPITRE III POLYMÈRES DE GRANDE DIFFUSION (PE, PVC) III.1.Polyéthylène (PE) ... 20

III.1.1Généralités ... 20

III.1.2.Propriétés ... 21

III.1.3.Applications ... 22

III.2.Polychlorure de vinyle et dérivés PVC...23

III.2.1.Polymères dérivés ... 24

III.2.2.Propriétés ... 24

III.2.3.Applications ... 25

CHAPIRE IV MISE EN FORME DES POLYMÈRES IV.1.Principe général de la transformation……….……….……….…27

IV.2.Mise en forme des polymères……….………..29

IV.2.1.Généralités……….……….….………..…….29

IV.2.2.Liquides polymères ... 29

IV.2.3.Procédés de mise en forme ... 31

IV.2.3.1.Extrusion ... 31

IV.2.3.2.Injection ... 35

IV.2.3.3.Calandrage ... 38

PARTIE II CHAPITRE I TRANSFORMATION DES MATIÈRES PLASTIQUE I.1.Atelier d’injection ... 40 I.1.1.Phase plastification ... 40 I.1.2.Phase injection ... 40 I.1.3.Phase refroidissement ... 40 I.1.4.La sérigraphie... 41 I.2.Atelier d’extrusion ... 41 I.3.Atelier de soudage ... 43 I.4.Atelier de compound... 43

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I.4.4. Phase refroidissement………...………44

I.4.5.Phase granulation……….44

I.5.Atelier de broyage ... 45

CHAPITRE II CONTROLE – QUALITE II.1.DEFINITION DE CONTROLE-QUALITE ... 46 II.1.1.Contrôle ... 46 II.1.2.Qualité... 46 II.2.Principe de contrôle ... 46 II.2.1.Laboratoire ... .46 II.2.1.1.Duromètre………. ……….……..…...….46 II.2.1.2.Presse.………...…....47 II.2.1.3.Densimètre.………...47 II.2.1.4.Four.………..48 II.2.1.5.Dynamomètre ………..……….48 Conclusion ... 52 bibiographie

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Introduction

Introduction

L’utilisation des matières plastiques se développe régulièrement à un rythme soutenu, supérieur à celui de l’industrie, en investissant de nombreux domaines jusqu’alors fiefs de matériaux traditionnels tels que les métaux, le verre, le bois,…etc.

Les acteurs de cette mutation viennent d’horizons très divers avec une vaste culture de l’ingénierie des matériaux métalliques mais, en général, peu habitués aux matériaux organiques macromoléculaires. Les propriétés physiques, mécaniques et chimiques spécifiques aux matières plastiques conduisent à des principes de conception et à des méthodes de mise en œuvre

particulières. De plus, les matières plastiques recouvrent un vaste panel de matériaux, depuis des films grand public fins et souples mais relativement fragiles, jusqu’aux composites en fibres de carbone soigneusement ordonnées dans des matrices à hautes performances pour produire des composites exceptionnellement résistants mais onéreux.

Cet ouvrage aborde le secteur de la fabrication du plastique telle que la caisse d’emballage, casier de bouteille, gaine électrique, films. En partant des matières premières en passant par les

procédés de mise en œuvre.

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PARTIE I PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

I.1.Dénomination :

Société de transformation de plastique et fabrication de l’emballage

TANSPOLYMERES filiale de groupe E.N.P.C I.2.Localisation

L’entreprise TRANSPOLYMERES sise au nord du centre de la ville ELMOHAMMADIA à de, wilaya d’ALGER.

I.3.Historique

L’ex : TP1G elle a vu le jour en 1963, et fut agréer par un algérien, HARIZI appelée S.A.P (société algérienne des polymères)

Après 10 ans, elle fut nationalisée le 17 février 1976 par décrit présidentiel, et affectée à l’entreprise SONATRACH.

En 1982 y a eu la restriction de l’entreprise SONATRACH, ce qui a donné naissance à ENPC entreprise de plastique et caoutchouc.

La direction générale se trouve à Sétif et elle est présentée par plusieurs unités, que l’on trouve à Alger, Médéa et draa el mizane….

I.4.Activité de l’entreprise

Les ateliers industriels de l’unité TANSPOLYMERES s’exercent les Activités essentiellesquisont :

-fabrication de casier. Bacs à lait...etc. moulage par«la presse d’injection». -fabrication films, sachet, gaine électrique extrusion par «extrudeuse ». -compound (PVC + D.O.P + additives).

I.5.Capacité installée

La quantité de la production dépend sur les commandes de marché, ce dernière qui est variée, pour ça on présent la moyenne de la production pendant l’année, la capacité théorique de l’entreprise est se 24tonne /jour

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PARTIE I PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

I.6.Organigramme de l’entreprise Click to buy NOW!

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Partie I

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PARTIE I CHAPITRE I LES POLYMERES

CHAPITRE I LES POLYMERES

I.1.Origine

Les polymères appartiennent à une science qui a pris son essor dans les années 40, car pendant la guerre, il est apparu nécessaire de fabriquer certains matériaux qui manquaient alors.

Avant 1940, il y avait déjà eu des sursauts. Les premiers soubresauts de la chimie des polymères sont apparus dès les années 1900.

A cette époque, on distinguait les molécules organiques en deux catégories:

- Les cristalloïdes - Les colloïdes

Les cristalloïdes : sont des composés organiques cristallisables, de température de fusion

et de masses molaires définies.

Les colloïdes : sont des molécules visqueuses, ne cristallisant pas et ayant des

températures de fusion mal définies. Lorsque l’on mesurait leur masse molaire, on la trouvait supérieur à 100 000. Cela renforçait l’idée que ces molécules étaient des agrégats. Les chimistes allemands appelaient cette chimie la chimie des saletés (« Schmultzen

Chemie »).

En 1925, Staudinger déclare que les colloïdes sont une association de plus de 100 000 atomes de carbones reliés entre eux par des liaisons covalentes. A l’époque, c’est une hérésie. (Théorie de la chimie moléculaire)

Dans le début des années 1950, Carothers et Flory admettent et montrent que des édifices covalents de masse molaire supérieure à 100 000 existent.

C’est le fondement de la théorie des polymères. Dès cette époque, on a établi la notion de polymères.

I.2.Définitions

Le terme polymère est utilisé pour désigner des macromolécules constituées par l’assemblage d’un grand nombre de motif unitaire .Ces motifs peuvent être arrangés suivant un enchainement unidimensionnel constituant des chaine linéaires (polymères linéaires) ou bien reliés pour former un réseau entre eux tridimensionnel (polymère réticulé).

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I.3.Structure des polymères

Les macromolécules peuvent constituer d’un seul type de motif, c’est le cas des

homopolymères ou bien être de motifs différent A, B, etc. qui s’arrange au hasard, en

bloc AA...BB... Ou en séquence alternée ABAB, etc. Où il y a deux motifs défirent on obtient un copolymère ; avec trois il s’agit d’un terpolymère ; rarement on trouve

tétrapolymère.

Au sein d’une chaine, les motifs unitaires peuvent être disposés de différentes façons les uns par rapport aux autres. Ar exemple CH₂=CHR, l’enchainement peut être tête à queue, le plus probable, ou bien tête à tête.

Dans la plupart des réactions de polymérisation il n’y a pas de contrôle stérique ; les substituant R sont présentés en quantités égale et sont distribuées au hasard dans la chaine ; le polymère est dit atactique. Si tous les atomes de carbone asymétrique de la chaine ont la même structure stérique, le polymère est isotactique. S’il y a une alternance régulière de groupes R le polymère est syndiotaique.

La stéréorégularité de la chaine augmente les possibilités de cristallisation du polymère et améliore son comportement thermique

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I.4.Les principaux des polymères

Trois grandes familles de polymères peuvent être distinguées :

Thermoplastiques, thermodurcissables, élastomères.

I.4.1.Thermoplastiques :est constitué de chaines linéaires ou ramifiées à liaison covalentes. Ces chaine sont liées entre elles par des liaisons faible de type Van der Waals les thermoplastique peuvent être dissous dans certains solvants et se ramollissent à la chaleur d’où le terme « thermoplastique ».

I.4.2.Thermodurcissables : est constituée de chaines linéaires réticulées entre elles. Les chaines sont liées dans l’espace par des liaisons fortes de type covalent.

Nous sommes donc en présence d’un réseau tridimensionnel insoluble et infusible

I.4.3.Elastomères :composé naturel ou synthétique présentant l'élasticité du

caoutchouc à sa température d'utilisation, en général proche de la température ambiante. Ce sont des polymères tes élastomères sont de trois types : vulcanisats, thermodurcis, thermoplastiques.

Dont la température de transition vitreuse se situe bien en dessous de la température

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I.5.Synthèse des polymères

Au sens large, le terme polymérisation désigne l'ensemble des procédés de formation de chaînes à partir de molécules plus petites (monomères). Il existe deux types de

polymérisation : la polycondensation et la polymérisation en chaîne, communément appelée polymérisation.

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I.5.1.Polycondensation

Au cours de la polycondensation, les monomères s'associent avec élimination simultanée d'atomes ou de groupes d'atomes. Les polyamides, les polyesters et certains

polyuréthannes sont des exemples typiques de polymères obtenus par polycondensation. Dans ce cas, les réactions qui démarrent la polymérisation, appelées réactions d'initiation, sont de type ionique. Par un choix judicieux du groupement ionique initiateur, on peut dans certains cas obtenir une réaction stéréospécifique, c'est-à-dire que la disposition des monomères dans le polymère n'est pas aléatoire, mais au contraire orientée. C'est la seule façon d'obtenir des polymères semi-cristallins aux propriétés mécaniques particulières, et qui ont, par exemple, donné lieu à des applications dans le domaine des élastomères de synthèse.

I.5.2.Polymérisation en chaîne

Dans la polymérisation en chaîne, les monomères s'associent sans réaction d'élimination simultanée. C'est le procédé le plus utilisé dans l'industrie : le polyéthylène, le

polypropylène, le polystyrène, l'alcool polyvinylique et le polytétrafluoroéthylène (Teflon) sont des exemples de polymères obtenus par polymérisation en chaîne. Comme toute réaction en chaîne, cette polymérisation comporte les étapes suivantes : l'amorçage (formation des centres actifs à partir du monomère) ; la propagation (croissance des

chaînes de polymère par additions successives) ; la terminaison (destruction du centre actif et interruption de la croissance des chaînes).

La polymérisation peut être radicalaire, cationique ou anionique selon la nature de l'espèce active. Dans le cas des polymérisations radicalaires, les plus courantes, l'amorçage

s'effectue sous l'action de la chaleur, par irradiation ou par des molécules spécifiques. Les espèces actives sont des radicaux libres. Le polymère ainsi obtenu est dit atactique : il a une structure totalement désorganisée, ou amorphe.

En 1983, on a découvert une nouvelle méthode de polymérisation par addition : la polymérisation par transfert de groupe, ou télomérisation. La télomérisation est par exemple utilisée pour synthétiser les plastiques acryliques.

Il existe quatre techniques principales de mise en œuvre des réactions de polymérisation : les polymérisations en solution, en masse, en suspension et en émulsion.

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I.7.Température de transition vitreuse

Lorsque la température augmente, ils passent par un état de transition : pour une plage de températures spécifique du polymère, les chaînes macromoléculaires glissent les unes par rapport aux autres et le polymère se ramollit. Cette plage de températures est appelée température de transition vitreuse, notée Tg. À une température plus élevée, le polymère

passe par un plateau caoutchoutique : son comportement est visco-élastique. À cet état, les forces de Van der Waals et la réticulation entre chaînes servent de force de rappel lorsque l'on déforme le matériau, Certains polymères présentent également un point de fusion, supérieur à Tg.

I.8.Matière plastique

Matières composées principalement de polymères, qui ont la propriété de se mettre en forme facilement par extrusion, moulage, coulage ou filage après un chauffage modéré (100-200 °C).

Les matières plastiques sont intéressantes à plusieurs points de vue :

Leur rapport résistance à la rupture / masse volumique est très élevé ; elles possèdent d'excellentes propriétés d'isolation thermique et électrique ; elles offrent une bonne résistance aux acides, aux bases et aux solvants.

I.9.Les adjuvants

Des adjuvants chimiques sont souvent utilisés en faible quantité (quelques pour cent) pour donner aux matières plastiques des caractéristiques souhaitées. On peut citer les pigments et les colorants, les stabilisants et les anti-oxydants (qui augmentent la résistance du polymère à la chaleur), les ultraviolets, l'oxygène ou l'ozone, les ignifugeants (qui

permettent d'augmenter la résistance du matériau au feu), les charges renforçantes (qui augmentent la résistance mécanique), et les charges inertes (qui diminuent le prix de revient). Enfin, les lubrifiants augmentent la facilité de moulage-démoulage, tandis que les plastifiants permettent d'adapter la rigidité du plastique à l'usage souhaité.

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Figure II.1 : Boucles et crochets auto-agrippants observés au microscope électronique.

˝

Cette image, obtenue à l'aide d'un microscope électronique et recolorisée arbitrairement, montre les minuscules crochets et boucles de Nylon qui donnent aux bandes

auto-agrippantes leur exceptionnelle adhérence. Du fait de la solidité du Nylon, ce dispositif peut s'attacher et se détacher des milliers de fois, même dans des conditions très humides. Ainsi, il est utilisé dans la fabrication de chaussures de sport, de vestes, de tentes, de sacs de couchage et d'innombrables autres produits, notamment les combinaisons spatiales

˝

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PARTIE I CHAPITRE II CRITERE DE CHOIX MAIERE PLASTIQUE

CHAPITRE II CRITERE DE CHOIX MAIERE PLASTIQUE

II.1.Position des problèmes

La définition d’un objet doit répondre à deux questions : – Quel est le coût maximal de réalisation ?

– Quels sont les usages, avec quelles propriétés ?

II.2.Coût

Le coût unitaire, y compris celui de l’étude, dépend du nombre d’objets à fabriquer et des moyens mis en œuvre pour la fabrication d’une part, et de la matière choisie d’autre part.

La matière doit répondre aux questions sur les propriétés, mais son choix dépend aussi de la méthode de mise en œuvre. Ainsi, pour une série très courte, sera-t-on par exemple amené à utiliser un matériau thermodurcissable dans un moule très peu onéreux, alors que, pour une série très longue, un polypropylène injecté dans un moule multicavités sera le meilleur choix économique, les propriétés physiques et chimiques des deux matériaux pouvant répondre également à la demande. Dans le coût on peut faire intervenir des données de nature réglementaire. Pour un objet fabriqué en tonnage important, ou dont le volume sera important, il y a lieu de se soucier de sa destruction et éventuellement de son Recyclage. Un conteneur en PVC peut être limité dans sa diffusion par la difﬁculté de recycler économiquement ce polymère ; sa combustion dégage de l’acide chlorhydrique, ce qui peut être avancé comme une gêne par certaines installations d’incinération. Au contraire s’il s’agit de fabriquer des tubes qui seront enterrés on pourra même dire que ces canalisations seront Incombustibles. La nature du matériau peut être imposée par le donneur d’ordre. Par exemple, les fabricants d’automobiles exigent une communauté de matière pour s’assurer du réemploi partiel des pièces en fin de vie.

II.3.Propriétés d’usage

L’usage auquel l’objet est destiné impose un certain nombre de propriétés

physiques et chimiques ; les propriétés mécaniques de l’objet réalisé dépendent pour une bonne part du dessin de la pièce. Pour donner un exemple caricatural, le fait qu’un gobelet

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non optimales. Les propriétés physiques et chimiques sont plus difficiles à contourner. Dans certains cas on peut avoir intérêt à réaliser un objet avec plusieurs matériaux : une peau en matériau qui sera au contact de l’extérieur avec les propriétés voulues, et un cœur de pièce dans un autre matériau, plein ou cellulaire, obtenu par Co-injection. On pourra aussi métalliser une surface plastique. La résistance à la chaleur dépend du matériau lui-même (plastique et charge), la résistance chimique dépend de la nature de la partie plastique.

De cet aspect des problèmes on peut rapprocher les finitions telles que l’assemblage avec d’autres pièces et d’autres matériaux, la mise en couleur par peinture ou par coloration dans la masse. Cette dernière est moins sûre pour l’homogénéité d’un ensemble, mais la précédente peut exiger un traitement de surface supplémentaire.

II.4.Normes et réglementations

Certaines applications doivent tenir compte de réglementations spécifiques. C’est le cas des applications dans le domaine alimentaire et de l’eau potable, le domaine médical et celui de la pharmacopée, celui des jouets, du mobilier des lieux publics, des éléments de cabines d’avion et des chemins de fer, d’intérieur des automobiles, etc.

La réglementation peut imposer aux objets de passer certaines normes relatives à leur comportement, mais parfois elle va plus loin : elle impose le moyen. Ainsi il existe des listes positives de monomères ou d’additifs de

Polymères qui éliminent l’usage des autres produits lors de la synthèse et de la mise en forme d’emballages pour la pharmacie. Ces réglementations sont nationales ou internationales. Les normes sont en principe nationales, mais de plus en plus les normes internationales ISO dérivent de normes nationales, ou sont équivalentes à des normes nationales.

II.5.Comportement au feu et propriétés électriques

Le comportement au feu fait l’objet de normes ; c’est en général à la formulation qu’ont recours les producteurs pour que les matériaux satisfassent aux exigences réglementaires. Les propriétés du polymère pur ne sont qu’une indication de son possible

comportement au feu. Les propriétés mécaniques

et thermiques dépendent toujours de la formulation, et ce sont donc les propriétés

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en électronique , les additifs de la formulation et les charges ont en général un effet néfaste.

II.6.Démarche de choix

L’ambiance dans laquelle sera utilisé l’objet est le premier critère de choix :

Température, lumière visible et ultraviolette, éventuellement rayons ionisants, Atmosphère oxydante (oxygène atmosphérique et ozone), humidité. Il peut aussi s’agir de contact avec les substances chimiques les plus variées de façon permanent.

On va éliminer les plastiques qui n’autorisent pas le séjour dans l’ambiance considérée : ils peuvent ne pas être présentés dans une formulation adéquate, si par exemple seule la coloration noire est possible pour résister à la lumière alors qu’on veut une couleur claire ou une paroi transparente. On peut aussi se heurter à la nécessité de charger le polymère parce que de module trop faible à la température de service alors qu’il doit rester

transparent.

Il est bien rare que le choix se réduise alors à un seul matériau. On va être en présence de différentes solutions techniquement acceptables, mais dont le coût va dépendre du type de mise en œuvre, de la nature du matériau et de la quantité d’objets à fabriquer. Dans ce qui suit, nous allons choisir un certain nombre de critères selon lesquels se classeront les différentes matières. Ces matières couvrent un domaine de valeur des paramètres considérés par la diversité des formulations qui caractérisent les différents grades. L’exemple le plus courant est l’addition de charges qui modifient profondément le comportement mécanique à court

Terme dans un domaine de températures. Nous exposons les critères retenus pour le choix de matériaux polymères.

II.7.Critères retenus pour les plastiques

Pour caractériser les matériaux plastiques, on peut choisir de le faire selon les propriétés suivantes:

– module de traction ;

– résistance à la rupture en allongement ; – résistance au choc ;

– température Vicat ou de déformation sous charge HDT ;

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La norme appliquée pour chacun des critères présente un certain caractère arbitraire, pour la résistance au choc ou la résistance thermomécanique, mais cela permet une première comparaison et donc un premier choix.

On choisit pour les essais en traction les tests ISO R 527 qui déniassent la forme des éprouvettes et les vitesses de traction ; par exemple 1 mm min‾ pour la mesure du module.

La résistance au choc sera définie par l’énergie nécessaire à la rupture d’une éprouvette Izod selon ISO 180, avec ses variantes, entaillée ou non, et son mode de serrage.

La température Vicat (ISO 306) sera par exemple obtenue à 120 K.h‾ sous une charge de 50 N, et la température de déformation sous charge, HDT/A, selon ISO 75, sous 1,8 MPa.

Le niveau d’inflammabilité sera celui des tests UnderwriterLaboratories de HB à 5VA pour une épaisseur donnée de l’éprouvette, le test étant d’autant plus sévère que l’épaisseur est plus faible.

II.8.Application des critères aux matériaux types

Les tableaux offrent un panorama des propriétés des principaux matériaux polymères. Chaque type de matériau va être considéré en séparant éventuellement les grades chargés, ou renforcés au choc. Les valeurs indiquées sont celles des grades qui donnent les valeurs les plus élevées. Deux valeurs séparées par un tiret indiquent l’étendue des valeurs pour une famille. Deux types différents sont séparés par un slash (/).

Les deux premières lignes du tableau indiquent les températures de fusion et de transition vitreuse respectivement pour les semi-cristallins et les amorphes. Une valeur entre parenthèses de la transition vitreuse peut être donnée pour les semi-cristallins. Quand il existe des grades chargés de fibres de verre ou de carbone, les valeurs de module, résistance à la rupture, choc et HDT apparaissent dans deux colonnes. Le module de traction à l’ambiant est exprimé en GPa et la résistance à la rupture en MPa. La résistance au choc Izod entaillé, à l’ambiante, est exprimée en kJ.m‾ ², une deuxième valeur entre crochets est donnée pour les grades renforcés au choc. La

résistance mécanique à la chaleur est caractérisée par HDT/A ou Vicat B en °C. Le niveau d’inflammabilité UL est indiqué pour le produit standard et éventuellement pour les produits ignifugés.

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II.9.Critères retenus pour les élastomères

Pour le comportement mécanique des élastomères, l’accent est mis non seulement sur le module et la résistance à la rupture mais aussi sur la résistance au déchirement, à

l’abrasion et à la fatigue. Le rebondissement est aussi à prendre en compte. La température au-dessous de laquelle l’élastomère n’a plus la souplesse requise est très

importante, la tenue au froid est donc un facteur plus important que pour un « plastique ». La présence de liaisons insaturées dans la formule chimique de beaucoup

d’élastomères rend essentielle l’étude de la conservation des propriétés dans le temps lors de l’exposition à la chaleur, à la lumière et à l’ozone.

La réticulation de beaucoup d’élastomères n’exclut pas le gonflement du réseau en présence de solvants organiques. On évaluera donc, en plus de la tenue aux acides et aux bases, la tenue aux solvants types : aliphatiques, aromatiques, oxygénés (éthers, alcools, eau). L’impermabilité aux gaz est à connaître pour beaucoup d’usages types des élastomères.

Comme pour les autres matériaux polymères, on s’intéressera aux propriétés électriques et à la tenue au feu, mais aussi à la conductibilité thermique, à l’alimentarité des formules, etc.

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II.10.Propriétés des principaux matériaux polymères

Tableaux II.1 : Propriétés des principaux matériaux polymères Click to buy NOW!

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II.11. Principales matières plastiques

NOM FORMULE CHIMIQUE PROPRIÉTÉS UTILISATIONS

Polyéthylène

(PE) - CH2- CH2- Thermoplastique, translucide en film,souple, perméable aux hydrocarbures, aux alcools et aux gaz, résistant aux rayons X, aux agents chimiques

Films, sacs, tuyaux et tubes, gaines isolantes, bouchons, couvercles, emballages, jouets

Polypropylène

(PP) CH3|

CH2 CH

-Thermoplastique, faible densité, rigidité élevée, résistant aux rayons X, très peu perméable à l'eau, résistant aux températures élevées (<135 °C) et aux chocs

Articles ménagers, emballages, carrosseries moulées, batteries, pare-chocs, mobilier de jardin, seringues, flacons, prothèses Polystyrène

(PS) C6H5|

CH2 CH

-Thermoplastique, transparent en film, non toxique par ingestion, propriétés optiques et électriques, facile à colorer, résistant aux rayons X, aux huiles et aux graisses

Emballages, ustensiles de cuisine, diffuseurs optiques, revêtements de meubles, isolation thermique, jouets, articles de bureau, rasoirs jetables Chlorure de polyvinyle

(PVC) Cl|

CH2 CH

-Thermoplastique, souple ou rigide, opaque ou transparent, autoextinguible, résistant aux

rayons X, acides, bases, huiles, graisses et alcools

Articles ménagers, emballages, isolation des fils électriques, canalisations d'eau,

revêtements de sols, volets et portes pliantes, bagagerie, maroquinerie, similicuir, articles de sport et de camping, industries chimique et automobile

Polytétrafluoro-éthylène (PTFE) ou Téflon

- CF2- CF2- Chimiquement inerte, antiadhérent, imperméable à l'eau et aux graisses, excellente tenue à la chaleur et à la corrosion

Prothèses orthopédiques et auditives, joints, garnitures, pièces mécaniques en milieux corrosifs, isolation électrique, revêtements de poêles à frire Polyméthylacrylate de méthyle (PMMA) ou Plexiglas CH3 | CH2 C -| OCOCH3 Thermoplastique, transparent, excellentes propriétés optiques, bonne tenue au vieillissement et aux

intempéries

Matériau remplaçant le verre, enseignes lumineuses, verrières, hublots, vitrines, fibres optiques, dentisterie, prothèses, lentilles de contact

Polyamides (PA) (exemple

: Nylon) Exemple :

NH (CH2) a CO -avec a entier naturel

Thermoplastiques, excellentes propriétés mécaniques, tenue en température (<100 °C), résistants aux rayons X, aux carburants,

imperméables aux odeurs et aux gaz

Emballages de produits alimentaires, mécanismes des compteurs d'alimentation en eau, gaz, électricité, canalisation carburants, chaussures et fixations de ski, selles de vélo Silicones R | O Si -| R Exemples : R = CH3 ou C6H5

Fluides, lubrifiantes, antiadhérentes,

faiblement toxiques Fluides pour transformateurs électriques,mastics, moulages complexes, revêtements antiadhérents, vernis, cires, traitement des brûlures, chirurgie esthétique

Polyesters R C O R' O C

-R || ||

O O avec R et R'

Thermodurcissables, transparents, propriétés mécaniques à haute température, propriétés électriques, résistants aux chocs, faciles à mettre

Textiles, emballages, bouteilles, interrupteurs, prises et fusibles pour circuits à haute tension, prothèses

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II.12.Recyclage

Le recyclage des polymères est particulièrement complexe pour plusieurs types de raisons telles que la dissémination des sources, la difficulté du tri, l’incompatibilité entre familles de matières (par exemple, PE, PP, PVC, PS, PET, ABS, PA, PC, PMMA, POM, PBT), la pollution des matériaux, le coût final qui doit être très compétitif par rapport aux mêmes matériaux vierges.

Heureusement, des solutions se mettent progressivement en place, adaptées aux différents flux de déchets sous l’impulsion des pouvoirs publics, grâce aux prises de conscience du grand public et au renchérissement des matières premières vierges et de l’énergie. En 2006, la récupération des plastiques, comprenant le recyclage et la production d’énergie, a atteint pour la première fois 50 % des déchets plastiques en Europe, mais le recyclage n’a compté que pour 20 % contre 30 % pour la production d’énergie.

Le recyclage mécanique, presque systématiquement appliqué aux déchets de fabrication, est le plus simple et le plus valorisant surtout si les déchets sont réincorporés dans la fabrication d’origine. Dans la mesure où le tri et le nettoyage sont efficaces, la remise à niveau des propriétés est possible grâce à l’arsenal d’additifs généraux ou spécifiques disponibles sur le marché :comptabilisant, agents antichocs, plastifiants, agents de protection, stabilisants, antioxydants, anti-UV, agents modifiant la rhéologie, agents renforçant, colorants, agents de matage, agents odorants…

Des points de vue économique et environnemental, le recyclage mécanique est une solution très intéressante. Par exemple, plusieurs rapports britanniques sur le polyéthylène concluent entre autres que :

– la production de sacs de sortie de caisse à partir de recyclé plutôt que de polyéthylène vierge diminue la consommation d’énergie de 60 % ;

– les émissions d’anhydride sulfureux, d’oxyde d’azote et d’anhydride carbonique sont sérieusement réduites ;

– 1,8 t de pétrole peut être économisée pour chaque tonne de polyéthylène réutilisé. Mis à part le recyclage mécanique, il existe d’autres voies comme la chemolyse, la

thermolyse et l’extraction par solvants, beaucoup moins directes et dont l’effet de

valorisation augmente d’autant que les sous-produits sont sophistiqués, les carburants alternatifs étant les moins intéressants.

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Figure II.1 : Schéma simplifié du traitement de déchets en vue du recyclage physique Click to buy NOW!

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PARTIE I CHAPITRE III POLYMÈRES DE GRANDE DIFFUSION (PE, PVC)

CHAPITRE III POLYMÈRES DE GRANDE DIFFUSION

(PE, PVC)

III.1.Polyéthylène (PE)

III.1.1.Généralités

On appelle commercialement polyéthylène la famille des homopolymères de l’éthylène et des copolymères avec d’autres oléfines linéaires (butène, hexène,octène), et plus rarement avec le propylène et le 4-méthyl pentène-1. Les homopolymères ne sont pas totalement exempts de branchements mais la copolymérisation avec les oléfines citées ci-dessus introduit des branchements de longueur courte fixée. C’est au système de catalyse qu’il revient d’organiser

La régularité des points de branchement le long de la chaîne principale. Du système catalytique dépend également l’amplitude de la dispersion des masses Molaires. Ce sont ces paramètres qui fixent les propriétés de mise en œuvre ;

Les propriétés mécaniques des objets dépendent à la fois de la structure moléculaire et de la mise en forme.

Les catégories de polymères sont repérées principalement par leur masse volumique, mais on donne également des informations sur le système de catalyse et le branchement : – PEbd : PE de basse densité (LDPE), obtenu par synthèse radicalaire sous haute pression. Ce sont les premiers produits apparus sur le marché (avant 1940) aux

branchements longs et courts irrégulièrement distribués. Ce mode de synthèse permet la copolymérisation statistique avec des monomères polaires (acétates, acrylates, acide acrylique ou maléique) ;

–PEbdl : PE de basse densité linéaire (LLDPE), obtenu par copolymérisation avec des oléfines. Il ne comporte pratiquement que des branchements courts

Il est obtenu à « basse pression » (moins de 10 bars) avec des catalyseurs Ziegler-Natta ;

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– PEmd : PE de moyenne densité (MDPE), obtenu par le procédé Phillips (catalyseur à l’oxyde de chrome).

– PEhd : PE de haute densité (HDPE), obtenu par catalyse Ziegler-Natta ou récemment métallocène (mPEhd);

– PE UHMW : PE de très haute masse molaire, et de masse volumique un peu plus basse que celle des PEhd. Comme l’éthylène est un dérivé proche du pétrole (peu de valeur ajoutée), son coût est très sensible au prix du naphta, mais c’est une matière

relativement bon marché. Les PE présentent aussi l’intérêt d’être facilement recyclés et de se mélanger assez bien entre eux ; la combustion ne présente pas de produits

toxiques. Pour toutes ces raisons, le polyéthylène est, avec le polypropylène, le polymère le plus utilisé.

III.1.2.Propriétés

Le module est lié au niveau de la cristallinité, et par conséquent à celui de la masse

volumique. Celle-ci se situe entre 0,855 g.cm–3 pour un PE totalement amorphe et 1,003 g.cm¯³ pour la maille cristalline.

La température de fusion à la pression atmosphérique s’élève jusqu’à 145 °C pour le produit le plus cristallin. Le produit amorphe n’a qu’une transition vitreuse vers – 100 °C.

Le taux de cristallinité peut être évalué par une interpolation linéaire entre les masses volumiques extrêmes ; cette méthode suppose l’homogénéité de nature des Co

monomères (oléfines) et donc l’absence de Co monomères polaires.

La zone de fusion est d’autant plus étalée que la cristallinité est faible et la répartition des masses molaires plus étendue. La cristallisation est retardée d’autant plus que la vitesse de refroidissement est élevée. La tenue d’une soudure à chaud est d’autant meilleure que la cristallinité est élevée.

La fluidité en fondu est fonction de la masse molaire moyenne en poids(Mw)3,4; la sensibilité au cisaillement (pseudoplasticité) est la plus grande pour les répartitions moléculaires les plus larges.

Les branches longues favorisent l’enchevêtrement et donc la cohésion à l’état fondu et par-là l’étirabilité des produits. Il s’ensuit une orientation de la phase amorphe qui

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Le taux de cristallinité de l’objet ﬁni est augmenté par un refroidissement lent ou un recuit. L’orientation cristalline est induite par étirage de la masse fondue dans un écoulement en injection rapide, ou lors du soufflage, ou mécaniquement lors du filage. À masses volumiques égales le module de flexion est plus faible pour un PEbd que pour un PEbdl. On augmente le module à l’ambiante et la température de flexion sous charge (HDT) par des charges minérales ou des fibres (verre, carbone).

La résistance au choc croît avec la teneur en phase amorphe et avec la longueur des ramifications. Elle est particulièrement élevée avec des PE de très haute masse molaire.

Les PEhd ont un bon comportement au frottement ; les PE UHMW ont de plus une résistance exceptionnelle à l’abrasion. Ils sont mis en œuvre par compression de la poudre à chaud.

La résistance chimique des PE est bonne, ils sont insensibles au-dessous de 60 °C. Ils ne sont attaqués à chaud que par les acides oxydants ; ils se dissolvent vers 130 °C dans les solvants aromatiques (xylène, décahydronaphtalène). Ils sont sensibles à la corrosion sous tension (stress cracking) au contact des savons, des alcools, des détergents. La tension mécanique peut être d’origine externe ou interne (tensions au refroidissement). Les produits les plus cristallins et de plus basse masse molaire sont les plus sensibles. Les PE brûlent en gouttant.

Les PE doivent être protégés contre l’action des ultraviolets par des additifs chimiques ou des pigments (TiO2, noir de carbone).

Les PE ont une rigidité électrique et une résistivité très élevées. Ils sont peu sensibles à l’humidité. Leur permittivité reste basse (2,3) à haute fréquence.

III.1.3.Applications

L’extrusion soufflage de gaines fournit la majeure partie des films pour l’emballage, l’agriculture et les couches de bébés : le PEbd pour les usages courants, le PEbdl pour obtenir une meilleure résistance à l’impact et une bonne transparence optique. Pour des produits plus rigides on utilise des mélanges de PEhd et de PEbdl.

L’extrusion de film (plat) sur un rouleau froid augmente la souplesse du PEbd par effet

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L’extrusion soufflage de corps creux est pratiquée avec le PEbd, le PEmd et le PEhd, mais ce sont ces deux derniers qui sont employés dans les flacons rigides et les récipients importants comme les réservoirs de carburant ; ils doivent résister à la fissuration.

Les tuyaux, en général stabilisés contre l’action des ultraviolets par le noir de carbone, sont en PEbd quand ils n’ont pas à résister à la pression, et en PEhd pour les conduites de gaz ou d’eau chaude pour le chauffage par le sol. On utilise aussi du PE greffé par des organosilanes au cours de l’extrusion qu’un traitement à chaud et à l’humidité réticule après la mise en forme.

L’extrusion en câblerie fournit l’isolation téléphonique (PEbd et PEhd). Les câbles de distribution d’énergie sont souvent en PE greffé par les silanes, pour résister à la

température de service. On utilise aussi le greffage sous faisceau d’électrons qui offre l’intérêt de la rapidité.

Le rotomoulage de PEbdl et PEmdl fournit de grands récipients devant résister à des contraintes et à la fissuration.

Pour l’enduction, c’est le PEbd qui est employé (emballages Tetra Pack).

L’injection utilise le PEhd quand la rigidité est exigée, mais en diminuant les masses molaires pour augmenter la fluidité au cours du remplissage des moules et donc le prix de revient ; cela a l’inconvénient d’augmenter les orientations et la fragilité des objets. Pour les objets qui doivent rester souples, comme des couvercles, on utilise du PEbd.

La surface non polaire du PE fait qu’il ne peut être collé qu’après une oxydation

(flammage). Pour assembler il faut souder. La dissipation électrique basse ne permet pas le soudage à haute fréquence, on utilise donc l’infrarouge, le contact (miroir), les ultrasons ou l’air chaud. On produit par extrusion ou moulage des mousses à cellules fermées.

III.2.Polychlorure de vinyle et dérivés PVC

Le polychlorure de vinyle (PVC) est obtenu par la polymérisation de chlorure de vinyle selon trois procédés qui ont une influence sur la morphologie de la poudre obtenue :

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polymérisation le chargement passe de liquide à de la poudre, avec un stade intermédiaire de consistance yaourt ;

– procédé en émulsion dans l’eau qui fournit un latex utilisé tel quel ou coagulé (séparation de l’eau) ; les particules ont une dimension de l’ordre de 10 mm ;

– procédé en suspension (et microsuspension) dans l’eau ; il fournit après séchage des poudres de granulométrie analogue à celle du procédé masse (130 mm), mais qui contiennent les agents de suspension utilisés pour la polymérisation.

III.2.1. Polymères dérivés

– Le PVC sur chloré (PVCC) qui contient 65 à 69 % de chlore (au lieu de

56 %) possède une température de transition vitreuse plus élevée ; il peut être utilisé pour l’adduction d’eau chaude alors que le PVC ne peut être utilisé que pour les tubes

d’écoulement.

– Les copolymères du chlorure de vinyle à 10 à 15 % d’acétate de vinyle (VC/VAC) sont plus faciles à mettre en œuvre (c’était le matériau des disques vinyles).

– Le polychlorure de vinylidène (PVDC) qui est l’homopolymère du chlorure de

vinylidène CH₂CCL₂, de grande inertie chimique, est souvent utilisé en mélange avec le PVC ou un polyacrylate.

III.2.2.Propriétés

Les poudres de PVC ont une température de transition vitreuse de 75 à 80 °C, mais la viscosité de la masse reste considérable à cause en particulier d’une très faible semi-cristallinité ; la « fusion » se situerait dans la région des 200 °C où le PVC se décompose thermiquement. Pour être utilisables les poudres sont additivées :

– de stabilisants à la chaleur et à la lumière (par exemple stéarates de plomb, de zinc, de calcium) ;

– de plastifiants (phtalates d’alcools lourds) qui abaissent la transition vitreuse au-dessous de l’ambiance pour donner des objets souples mais de bonne tenue à cause de la «semi-cristallinité » évoquée précédemment ;

– d’agents de résistance à l’impact (copolymères acryliques) ;

– de lubrifiants internes et externes qui diminuent le frottement sur les outils de

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La résistance du PVC aux produits chimiques (acides, alcools,

solvants,hydrocarbures aliphatiques) est bonne ; le PVC est cependant sensible aux hydrocarbures chlorés ou aromatiques. Il est sensible aux ultraviolets contre lesquels il doit être protégé par la formulation.

C’est un bon isolant électrique, mais bien qu’au feu il ne se consume que difficilement, le fait qu’il libère de l’acide chlorhydrique dans ces conditions ne l’autorise pas pour certaines installations sensibles à la corrosion.

Les PVC plastifiés sont plus combustibles, et leur transition vitreuse abaissée les rend beaucoup plus sensibles aux agents chimiques.

III.2.3.Applications

Les adjuvants nécessaires sont ajoutés à la poudre et mélangés mécaniquement, avec chauffage (prégélification) ou sans chauffage ; on obtient des poudres sèches, des

compounds, des pâtes visqueuses (plastisols). Les mélanges secs peuvent être présentés en granulés pour la mise en œuvre.

L’extrusion donne les tubes, les profilés, les plaques, les feuilles. Le PVC « rigide » (sans plastifiant) est de préférence travaillé sur machine « double vis » Les tubes sont très utilisés dans le bâtiment pour l’eau froide, les écoulements, la protection des faisceaux de câbles dans le sol. Les profilés sont très utilisés pour le bardage des murs de bois extérieurs dans certains pays (sidings en Amérique du Nord), dans la fabrication des fenêtres, des plaintes, des volets roulants. Le gainage en basse et moyenne tension électrique utilise des formules plastifiées, chargées, colorées. La chaudronnerie plastique utilise beaucoup de plaques de PVC.

L’extrusion soufflage donne des corps creux, mais la concurrence du PET est grande pour les bouteilles de liquides alimentaires.

Le calandrage permet de transformer les PVC en feuilles et films rigides ou souples (plastifiés). Ces produits sont utilisés soit pour le thermoformage (ameublement, emballage [blisters]), soit pour des usages techniques (cartes bancaires). Les PVC plastifiés calandrés sont utilisés en maroquinerie.

Le slushmoulding (dépose d’une composition pulvérulente sur un moule chaud) est utilisé pour former une peau sur de grandes surfaces avec un dessin complexe (planches de bord de véhicules).

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L’assemblage est réalisé facilement par collage.

L’enduction à partir de plastisols se fait sur du papier ou du tissu (toiles cirées). Le plastifiant est situé entre les grains de polymère dans le plastisol, mais après chauffage il a pénétré dans les grains au niveau moléculaire et la matière refroidie n’est plus liquide : c’est du PVC plastifié.

Le rotomoulage de plastisols est utilisé pour les pièces creuses en particulier dans les jouets.

Le PVC « rigide » est utilisable en continu jusqu’à 70 °C, c’est-à-dire au-dessous de sa transition vitreuse.

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PARTIE I CHAPIRE IV MISE EN FORME DES POLYMÈRES

CHAPIRE IV MISE EN FORME DES POLYMÈRES

IV.1.Principe général de la transformation

Le but de la transformation est, dans des conditions techniques, économiques et écologiques satisfaisantes, de :

– donner la forme et l’aspect voulus au polymère pour obtenir la pièce ou le demi-produit à fabriquer

– conserver formes et aspects jusqu’à la mise en service (et après) ;

– amener les propriétés physiques, mécaniques, sensorielles au stade voulu. Les polymères de départ peuvent avoir :

– des formes physiques très variées, depuis des liquides fluides jusqu’à des solides de grandes dimensions ;

– des états chimiques différents : monomères, oligomères, polymères thermoplastiques ou thermodurcissables. Dans ce dernier cas le durcissement ou la réticulation constitue une étape supplémentaire intervenant obligatoirement lorsque la mise en forme est effective. Certains polymères utilisés couramment à l’état thermoplastique peuvent être

éventuellement réticulés, comme le polyéthylène, ce qui améliore ses propriétés mécaniques et chimiques. D’autres familles de polymères telles que les polyuréthanes existent sous des formes thermodurcissables, la plus courante dans ce cas, et sous la forme thermoplastique, TPU. Les procédés de transformation et les

Caractéristiques finales sont alors différentes.

La transformation peut également incorporer des matériaux étrangers : – autre matière plastique : Co-moulage, surmoulage ;

– inserts, feuilles de contre collage ;

– renforts et mousses pour les composites.

Le principe général de la transformation implique plusieurs phases plus ou moins imbriquées intervenant dans un ordre variable avec, dans sa version la plus complète : – homogénéisation des produits : polymère(s), ingrédients, gaz dans le cas du moussage ; – transport et ﬂuidiﬁcation des matériaux ;

– incorporation des renforts ou autres matériaux d’apport ;

– cohésion des particules élémentaires par la combinaison de température et de pression, éventuellement par séchage, réticulation… ;

– moussage éventuel ;

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Figure IV.1 : Schéma de procédés : Thermoplastiques et thermodurcissables Click to buy NOW!

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IV.2.MISE EN FORME DES POLYMÈRES IV.2.1.Généralités

Les polymères thermoplastiques sont mis en forme à l’état fondu, pour les semi cristallins, et à l’état plastifié, c’est-à-dire au-dessus de la transition vitreuse, pour les amorphes. Les thermodurcissables sont d’abord plastifiés et formés, puis les réactions de réticulation progressant, laissés à durcir car la température de transition vitreuse devient supérieure à la température de l’objet formé qui

Est alors peu déformable. Il s’agit donc de la mise en forme de « liquides ».

La viscosité des thermoplastiques liquides est très élevée dans la zone de température où on les travaille ; on a vu que, pour les masses molaires supérieures à la masse

d’enchevêtrement, elle est proportionnelle à la puissance 3,4 de la masse molaire. Mais cette viscosité est très dépendante de la température et du taux de cisaillement qui est appliqué ; ce sont de plus des liquides viscoélastiques.

Préparer un liquide homogène à partir d’un solide nécessite au préalable un transfert de chaleur, or ces matières ont une faible diffusivité thermique. La forte viscosité entraîne une forte consommation d’énergie, qui est transformée en chaleur qui tend à élever la température de la masse. On s’attend donc à utiliser des machines particulières qui n’ont aucun rapport avec celles qui servaient à la mise en œuvre des métaux par coulée ou par injection dans un moule.

IV.2.2.Liquides polymères

La mécanique des fluides polymères est dominée par les facteurs de viscosité, de thermo dépendance, de pseudo-plasticité et de viscoélasticité.

Leur viscosité de l’ordre de 1 000 Pa.s est donc 106 fois plus élevée que celle de l’eau. Les termes d’inertie sont négligeables aux vitesses pratiques d’écoulement d’où l’absence de turbulence (nombre de Reynolds faible). Sont aussi négligeables les forces de masse (inertie), sauf dans certains cas très particuliers comme le filage à haute vitesse. La viscosité élevée entraîne la dissipation de l’énergie mécanique en chaleur et de fortes contraintes aux parois, d’où les dimensionnements importants des outillages.

La viscosité suit une loi d’Arrhenius entre Tg et Tg + 100 K, c’est-à-dire une exponentielle

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Aux faibles vitesses de déformation, le comportement est classique (proportionnalité), il est dit newtonien ; au-delà, la viscosité diminue quand augmente la vitesse de

déformation, et ce d’autant plus que les masses molaires sont élevées. Une grande vitesse de déformation provoque des désenchevêtrements d’où la nécessité d’un effort moindre. La viscosité présente donc une valeur constante pour des vitesses faibles (plateau newtonien) puis une décroissance.

Très au-delà on observe une diminution de cette décroissance qui correspond à une limite de désenchevêtrement. On comprend que l’ensemble des facteurs précédents rend la mise en œuvre plus aisée qu’on ne l’attendrait de fluides plus classiques de même viscosité au repos.

La viscoélasticité, qui a son origine dans les forces thermiques de retrait entre les nœuds d’enchevêtrement, se traduit par des phénomènes transitoires lors

de la mise en écoulement par une croissance instantanée de la vitesse de

déformation et lors du retour à zéro de la vitesse de déformation : la contrainte s’établit avec retard et elle cesse également avec retard. Un modèle de Maxwell rendrait compte de ce comportement : absorption initiale de l’effort par le ressort jusqu’à ce qu’il ait atteint la déformation correspondant à la contrainte d’équilibre, restitution en fin de créneau, le ressort reprenant sa dimension initiale à la vitesse autorisée par

l’amortisseur.

Un autre phénomène traduisant la viscoélasticité est l’existence d’une contrainte normale à l’écoulement en cisaillement simple, alors que pour un liquide newtonien la contrainte est seulement parallèle à la paroi. Quand la paroi disparaît, comme à la sortie d’une tubulure, la matière dont les

Contraintes normales sont libérées prend un diamètre supérieur (gonflement en sortie de filière). On observe simplement le phénomène en entraînant la matière entre deux cylindres concentriques verticaux, le cylindre extérieur étant fixe ; la surface libre n’est pas horizontale, elle remonte non pas le long du cylindre extérieur comme on s’attendrait à observer l’effet d’inertie centrifuge, mais le long du petit cylindre intérieur en rotation. Une autre particularité de même origine s’observe en élongation. La loi de Trouton prévoit que la viscosité élongationnelle est le triple de la viscosité de cisaillement simple, elle devrait donc décroître comme cette dernière au-delà du plateau newtonien. Il n’en est rien. La viscosité élongationnelle croît avec la vitesse de cisaillement élongationnel. Ce phénomène est bénéfique pour le filage car cela stabilise l’étirage en empêchant le fil de diminuer son diamètre jusqu’à se rompre par désenchevêtrement. C’est l’opposé de ce qui

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IV.2.3.Procédés de mise en forme IV2.3.1.Extrusion

Pour fondre et préparer à la mise en forme la composition de polymères, la machine la plus utilisée est l’extrudeuse

Figure IV.2 : Schéma de principe d’une extrudeuse mono vis

La presse à injecter relève également pour partie des principes mis en œuvre dans l’extrudeuse. La machine dite monovis est un cylindre appelé fourreau, chauffé de l’extérieur par des colliers électriques. À l’intérieur du cylindre tourne avec un jeu faible une vis coaxiale, en général à pas constant. La vis est entraînée par un moteur situé à l’arrière du cylindre. À l’avant le diamètre du cylindre est réduit à un orifice de diamètre inférieur. Au-dessus et à l’arrière du cylindre est percé un orifice d’alimentation surmonté d’une trémie qui apporte la matière à fondre. La trémie peut être mise sous

atmosphère contrôlée pour éviter la reprise d’humidité. La vis entraîne d’abord la matière qui vient de la trémie et la compacte, et l’air s’échappe en arrière par la trémie. Après quelques filets la matière fond au contact de la paroi chauffée du cylindre. Quand l’épaisseur de la couche liquide devient supérieure au jeu vis/cylindre, le liquide

s’accumule à l’arrière du filet, il entraîne la matière solide qui va frotter sur l’avant du filet (figure IV.3). Ce travail mécanique se transforme en chaleur et provoque la fusion. La matière est animée d’un double déplacement : dans l’axe du cylindre par la rotation de la vis, et une rotation dans le creux du filet. Dans la zone où s’accomplit cette

transformation, dite zone de plastification, la profondeur du filet de la vis est diminuée, jusqu’à une zone finale de profondeur constante où la matière liquide est mise en

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servent à réguler la température en fonction des propriétés de la matière. Tel est le principe du fonctionnement.

Figure IV.3 : Mécanisme de plastification par arrière du filet.

Des machines à deux vis partiellement engrenées, et même un prototype à trois vis ont existé ; le fourreau avait une forme de huit ou de trèfle pour accommoder les vis. Ce sont les extrudeuses dites « bivis » qui ont remplacées essais technologiques ; elles se

distinguent des premières par la conception de la vis elle-même : les vis ne sont plus des profils lisses de profondeur de filet variable mais des successions d’éléments de formes variées qui sont entraînés par l’axe mécanique de chaque « vis

»

Figure IV.4 : Schéma de principe d’une extrudeuse bivis

Une filière annulaire alimente un mandrin conformateur pour l’extrusion de tubes ; cette pièce en forme de « torpille » doit être maintenue au centre de l’écoulement par des ailettes autour desquelles le flux se divise et se ressoude (figureIV.5). On extrude de la même manière des profils compliqués qui serviront par exemple dans la fabrication de fenêtres en PVC.

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Figure IV.5 : Principe de poinçon de la filière

Une filière annulaire et un dispositif de soufflage intérieur (figureIV.6 ) permettent de souffler une bulle allongée stabilisée de l’extérieur par un anneau amenant à la base de l’air comprimé, pincée à sa partie supérieure entre deux plateaux sur lesquels glisse la matière froide ; on fabrique ainsi en continu une gaine cylindrique de polyéthylène qui peut être utilisée telle quelle pour l’emballage ou fendue longitudinalement pour obtenir un film en bande.

On remarque que le gonflage de la bulle provoque un étirage bidimensionnel favorable à son utilisation : résistance circulairement équilibrée, éventuelle cristallisation, meilleur aspect, rétraction équilibrée pour l’emballage. On peut également procéder à un étirage transversal de films à la suite d’un étirage classique longitudinal. Deux chaînes sans fin de pinces saisissent les deux bords du film en s’écartant. Le système est placé dans un four que traverse le film à bi-étirer. Ce procédé, plus coûteux que le précédent, est utilisé pour des films techniques (PET pour bandes magnétiques par exemple).

À l’aide d’une filière coudée, on extrude un tube vertical (paraison) que l’on pince à la base pour pouvoir le gonfler de l’intérieur contre les parois d’un

moule refroidi qui vient entourer la bulle ; on souffle ainsi des bouteilles (figure IV.7). L’introduction dans une filière coudée d’un câble métallique permet de le gainer (figureIV.8).

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Figure IV.6 : Dispositif de soufflage de gaine Click to buy NOW!