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http://www.accesmad.org Principes d’obtention des matières plastiques 1. Défini

http://www.accesmad.org Principes d’obtention des matières plastiques 1. Définition 1.1 Plastique pourquoi ce nom ? Au début du XVIè siècle, on désignait sous le mot de « plastique » toute matière, comme la cire ou l’argile, susceptible de reproduire par modelage ou moulage un objet type. C’est donc tout naturellement que ce mot s’est imposé dès le début du XXe siècle pour désigner les premiers polymères synthétiques. En effet, pour se voir qualifier de plastique, un matériau doit pouvoir être déformé à une température relativement basse afin de prendre une forme désirée. Contrairement à l’acier, qui doit être chauffé à 1 500 °C pour être mis en forme, la plupart des matières plastiques sont malléables au-dessous de 200 °C. Moulées ou effilées, elles peuvent prendre presque toutes les formes possibles. Cette propriété est à l’origine de leur succès phénoménal. 1.2 Le carbone source de vie….et de plastiques Sans le carbone, point de vie ! En effet, les scientifiques nous apprennent que sans le carbone, la vie est tout simplement impossible. C’est pour cette raison que les différents robots qui explorent la planète Mars en ce moment sont notamment à la recherche de traces de carbone. Pour les plastiques, c’est à peu près la même chose : sans carbone, ils n’existeraient pas ! Le carbone est en effet leur constituant essentiel. Les plastiques sont une substance polymère – un ensemble de molécules de masse élevée – constituée par la répétition de plusieurs molécules à base de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote. Un polymère peut être naturel, comme la cellulose, ou synthétique après polymérisation d’un monomère, tel le propylène qui donne le polypropylène. 2. Les deux types de polymères bases de fabrication des plastiques Il y a deux catégories de polymères : les thermoplastiques et les thermodurcissables Date de version : 01/10/2020 Auteur : Équipe Physique 1/9 http://www.accesmad.org Pour les thermoplastiques (polyéthylène haute densité (PEhd), polyéthylène basse densité (PEbd), polypropylène (PP), polystyrène (PS), polyéthylène téréphtalate (PET), polychlorure de vinyle (PVC)),polyméthacrylate de méthyle(PMMA),polyamide (PA), on part de poudres, de granulés ou de produits semi-finis sous forme de plaques ou de films. En chauffant la matière on la fait passer d’un état solide à un état plastique. Elle peut alors être mise en forme dans un moule ou par un autre procédé. Pour les thermodurcissables (mélamine-formaldéhyde (MF), urée-formaldéhyde (UF), phénol- formaldéhyde (PF), exemples : colles époxydes, polyester insaturés (UP), polyuréthane (PUR)), les produits de base sont livrés à l’état de polymérisation partielle. Cette dernière va s’achever dans le moule sous l’action de catalyseurs, d’accélérateurs voire de chaleur. Le démoulage arrive quand la polymérisation est déjà assez avancée pour que l’objet conserve les propriétés souhaitées. 3. Les principaux procédés pour obtenir les plastiques Le plastique peut être obtenu à partir des produits pétroliers appelé plastique pétrosourcé, mais aussi à partir des matières organiques naturels ou synthétisés comme la cellulose, l'amidon ou de gaz naturel ou l’acétate de cellulose ou le nitrate de cellulose,appelé plastique biosourcé. Date de version : 01/10/2020 Auteur : Équipe Physique 2/9 Structure alvéolaire (mousse) de polystyrène expansé http://www.accesmad.org Il y a plusieurs manières d'obtenir les plastiques. - thermoformages : c’est un procédé de seconde transformation. La matière arrive sous forme de plaques, feuilles, tubes ou profilés, puis est ramollie par chauffage avant d’être mise en forme par application sur un moule géométrique simple. Cette technique est utilisée pour produire toutes sortes d’objets aux formes creuses, comme les pots de yaourts ou le nez du TGV ! Comment ça marche ? Une plaque en plastique est placée dans un cadre qui la maintient au- dessus du moule. La plaque de plastique est chauffée. Le moule s’approche de la plaque plastique qui s’est ramollie. On fait le vide entre le moule et la plaque pour que la plaque de plastique colle parfaitement au moule. Après refroidissement du moule, la plaque ainsi formée est démoulée. La partie de plastique qui reste dans le cadre est découpée. Une nouvelle plaque peut alors être placée dans le moule. - injection soufflage : C’est avec cette méthode que l’on produit la plupart des bouteilles, flacons, biberons, fioles… C'est un procédé discontinu Date de version : 01/10/2020 Auteur : Équipe Physique 3/9 Dans une première étape, on fabrique une préforme par injection, c’est ainsi que le goulot de la bouteille est déjà formé. Dans une deuxième étape, on chauffe le corps de la préforme. Avec une tige, on étire la préforme jusqu'au fond du moule. On envoie dans cette préforme un jet d’air très puissant qui va plaquer le corps de la préforme contre les parois d’un moule.La préforme va donc parfaitement prendre la forme du moule. Le moule est refroidi puis s’ouvre pour faire sortir la bouteille. Comme pour l’injection, pour changer la forme de la bouteille, il suffit de changer de moule. On reconnaît au fond de la bouteille le point d’injection de la préforme. http://www.accesmad.org - l'extrusion : c’est un procédé continu qui sert à fabriquer des pièces de grande longueur comme des tubes, des tuyaux, ou des produits semi-finis comme des profilés (pour les fenêtres par exemple), des baguettes, des fibres optiques, des plaques ou des feuilles… Comment ça marche ? - extrusion gonflage : c’est une variante de l’extrusion qui permet de fabriquer des films plastiques et des sacs poubelle par exemple. Comment ça marche ? - extrusion soufflage : c’est une variante de l’extrusion qui permet de fabriquer des corps creux comme les bouteilles, les flacons et même les réservoirs d’essence. Comment ça marche ? Date de version : 01/10/2020 Auteur : Équipe Physique 4/9 La matière plastique arrive à l’entrée de l’extrudeuse sous forme de granulés et est versée dans la trémie pour alimenter la vis de l’extrudeuse. Dans l’extrudeuse, elle est chauffée et ramollie, grâce à une vis sans fin qui se trouve dans un fourreau (tube) chauffé pour rendre le plastique malléable. La vis entraîne le plastique vers la sortie. La tête de sortie de l’extrudeuse donne sa forme à ce qui en sort. Le tube, ou le profilé sort en continu, il est refroidi pour être ensuite coupé à la longueur voulue. La matière plastique arrive à l’entrée de l’extrudeuse sous forme de granulés et est versée dans la trémie pour alimenter la vis de l’extrudeuse. Dans l’extrudeuse, elle est chauffée et ramollie, grâce à une vis sans fin qui se trouve dans un fourreau (tube) chauffé pour rendre le plastique malléable. La vis entraîne le plastique vers la sortie. En sortie de la tête verticale de l’extrudeuse, on insuffle de l’air comprimé dans la matière fondue qui se gonfle et s’élève verticalement en une longue bulle de film. Après refroidissement, des rouleaux aplatissent le film en une gaine plane qui s’enroule sur des bobines. Cela commence par l’extrusion d’un tube. Encore chaud, il est coupé et on l’enferme dans un moule froid. http://www.accesmad.org -Expansion moulage : Cette technique est surtout utilisée pour fabriquer toutes sortes d’emballages en polystyrène expansé : caisses à poissons, barquettes… Comment ça marche ? Date de version : 01/10/2020 Auteur : Équipe Physique 5/9 On injecte de l’air dans le moule pour que le tube se plaque contre les parois où il est très rapidement refroidi. La bouteille ou le flacon est ensuite démoulé. Ce système permet d’obtenir des formes très diverses. Avant d’être expansé, le polystyrène se présente sous forme de petites billes qui renferment des micro-inclusions de gaz (à l’état liquide). Au contact de la vapeur d’eau, la matière plastique se ramollit et le gaz qu’elle contient se dilate. Les petites billes gonflent, comme le pop-corn gonfle grâce à l’air qu’il contient, en gardant une forme plus régulière. Cette première expansion est réalisée en usine dans de grandes cuves en inox et permet d’obtenir jusqu’à 30 fois le volume initial des petites billes de polystyrène. Après séchage des billes pré- expansées dans un silo, cette matière est introduite dans un moule fermé et est soumise à une nouvelle injection de vapeur d’eau. http://www.accesmad.org 4. Les ingrédients de base du plastique 4.1 Le naphta Le naphta est un mélange liquide d'hydrocarbures légers issu du raffinage du pétrole qui se condense entre 40 et 180 °C. Il constitue la matière première des plastiques. Avant d'être utilisé par les plasturgistes, le naphta doit subir une opération de craquage. Craquage : sous l'effet d'un chauffage (800 °C) puis d'un refroidissement brutal (400 °C), les grosses molécules d'hydrocarbures qui constituent le naphta se voient fragmentées en molécules plus facilement exploitables. Polymérisation : les monomères obtenus après craquage contiennent entre 2 et 7 atomes de carbone chacun. Grâce à des réactions dites d'addition (chaîne de monomères identiques) ou de condensation (chaîne de monomères différents), ils se lient entre eux pour former des polymères Mise en forme : À la sortie de la raffinerie, les polymères se présentent sous forme de granulés, de liquides ou de poudres. Les différents matériaux plastiques que nous connaissons sont obtenus grâce à l'ajout d'adjuvants et d'additifs. Ils sont ensuite mis en forme par moulage, par extrusion, par injection ou encore par thermoformage. Date uploads/s3/ methodes-de-procedes-pour-obtenir-les-plastiques.pdf