Thermoplastiques, Thermodurcissables & Élastomères

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Les matières plastiques sont des matériaux organiques de synthèse fondés sur l'emploi des macromolécules (polymères). Les caoutchoucs sont aussi regroupés sous cette appellation. Matière plastique = résine de base + adjuvants + additifs.

Historique

• XVI^e 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 les boules de billard seront en galalithe. Après-guerre, en 1918, commence la fabrication d'articles courants, comme le bouton, le bijou fantaisie, le fume-cigarette où encore le stylo.
• 1890 : Les Anglais Cross et Bewan découvrent la viscose en dissolvant de l'acétate de cellulose dans du chloroforme.
• 1905 : acétate de cellulose ou rhodoïd.
• 1907 : la bakélite est découverte par le Belge Leo Hendrik Baekeland.
• 1908 : la cellophane.
• 1927 : polyméthacrylate de méthyle (PMMA), commercialement connu sous les noms de plexiglas et d'altuglas.
• 1930 : le polystyrène et le polyamide par Wallace Carothers (Nylon®) travaillant pour Dupont de Nemours®. Ce fut le premier plastique technique à haute performance.
• 1933 : le polyéthylène basse densité.
• 1938 : le polytétrafluoréthylène (Téflon®), qui offre une grande résistance à la corrosion et à la chaleur.

Et, durant la Seconde Guerre mondiale qui exacerba les besoins en matières premières :

• 1940 : le polyuréthane.
• 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, à l'abrasion et au feu expliquent son succès dans l'immédiat après-guerre.
• 1941 : le silicone.

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...

À 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, polycarbonates, 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 produites 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" qui 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 polyamide très résistant :
  • 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.

Chimie

La matière de base (la résine) est un mélange de molécules en longues chaînes appelées polymères.

Origine des matières plastiques

• Matières minérales : pétrole, gaz, charbon, calcaire, sel, sable, etc.
• Matières animales : lait (caséïne), etc.
• Matières végétales : bois, coton, alcool, ricin, maïs, etc.

Composition générale

En sus de la résine, les additifs et adjuvants sont là pour améliorer les propriétés chimiques et physiques du matériau, notamment la résistance aux chocs, la couleur, la plasticité, la résistance au vieillissement, etc.

• la résine de base.
• les adjuvants et additifs.
  • plastifiants : en général liquides ou visqueux, permettent de rendre la résine souple et élastique.
  • lubrifiants : facilitent le moulage.
  • pigments : donnent la couleur du plastique.
  • stabilisants : retardent la transformation du plastique, résistance aux ultraviolets (sels métalliques de plomb, étain, baryum, sodium, etc.).
  • charges ou renforts : diminuent le coût, augmentent la résistance mécanique (marques kevlar et teflon).
• charges minérales : carbonate de calcium, talc, amiante, graphite, silice, fibre de verre, mica, etc.
• charges organiques : farine de bois, fibres naturelles ou synthétiques, etc.
  • anti-statique : s'oppose aux dépôts de poussières en rendant le plastique conducteur en surface.
  • fongicide : résistant aux micro-organismes, asepsie.
  • ignifugeant : retardant la propagation des flammes.
  • solvants : pour peintures (enduction).

Familles de matières plastiques

• Thermoplastiques : les thermoplastiques se déforment et sont façonnables sous l'action de la chaleur, reprennent leur forme initiale en refroidissant sauf dans le cas de réchauffements répétés. Les plus célèbres sont le PVC (gaines de câble, tubes, etc.), le PTFE-teflon TM (revêtement anti-adhérent pour poëles), le polystyrène (jouets, ustensiles de cuisine, etc.), les acryliques, les polyamides, les polyoléfines (polypropylène, polyéthylène haute ou basse densité).
• Thermodurcissables : les thermodurcissables prennent leur forme définitive au premier refroidissement, la réversibilité est impossible. Les plus célèbres sont les phénoplastes (bakélite), les polyesters (formica).
• Élastomères : les élastomères sont des polymères présentant les mêmes qualités élastiques que le caoutchouc. Ils sont employés dans la fabrication des coussins, de certains isolants ou des pneus.

Principaux plastiques

Thermoplastiques

Code ISO 1043	Noms commerciaux	Polymère de base
PMMA	Altuglas, Oroglas, Perspex, Plex, Plexiglas	Polyméthacrylate de méthyle
ABS	Cycolac, Lastilac, Lustran, Novodur, Polyflam, Polyman	Acrylonitrile butadiène styrène
PTFE	Ertaflon, Fluon, Hostaflon, Soreflon, Teflon, Voltalef	Polytétrafluoréthylène
PVC	Darvic, Duraform, Hostalit, Lacovyl, Lucalor, Nakan, Solvin, Trovidur, Vinidur	Chlorure de polyvinyle
PA	Akulon, Altech, Bergamid, Capron, Cristamid, Durethan, Grilamid, Grilon, Ertalon, Latamid, Lauramid, Minlon, Miramid, Nylon, Nypel, Radiflam, Radilon, Rilsan, Schulamid, Staramide, Starflam, Ultramid, Vestamid, Zytel, Technyl	Polyamide
POM	Bergaform, Celcon, Delrin, Hostaform, Ultraform	Polyoxyméthylène
PETP	Arnite, Pocan, Raditer, Rynite, Ultradur, Valox	(Poly)térephtalate de polyéthylène
PS et PSB	Edistir, Lacqrene, Lustran, Polyflam, Polystyrol, Styron	Polystyrène
PE	Hostalen, Lactène, Lupolen, Stamylan, Supralen, Eltex	Polyéthylène
PP	Appryl, Hostalen, Latene, Moplen, Polyflam	Polypropylène
CA	Rhodoïd, Rhodialite, Cellidor	Acétate de cellulose
PC	Apec, Latilon, Lexan, Makrolon, Panlite, Plaslube, Polyman, Xantar	Polycarbonate

 

Thermodurcissables

Code ISO 1043	Noms commerciaux	Polymère de base
PF	Bakélite, Toile bakélisée (Celoron), Papier bakélisé, Bois bakelisé, Tufno	Phénoplaste
EP	Araldite, Devcon, Epikote	Époxydes
UP	Formica	Polyester
PUR	Baydur, Bayflex, Baygal, Lycra, Spandex	Polyuréthane

Tableau 1 : tableau des principaux plastiques

Techniques de transformation

• Moulage par injection
• Extrusion
• Calandrage
• Thermoformage
• Expansion
• Compression
• Composites
• Moussage
• etc.

Formations

• Institut Supérieur de Plasturgie d'Alençon (Orne)

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