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MATIERE : MATERIAUX DE CONSTRUCTION LES PLASTIQUES Ministère de l’Equipement ,

MATIERE : MATERIAUX DE CONSTRUCTION LES PLASTIQUES Ministère de l’Equipement , du Transport et de la Logistique Institut spécialisé des travaux publics d’Agadir (ISTPA) Présenté par : SEQUENCE 4 : MATIERES PLASTIQUES Produites essentiellement à partir du pétrole, les matières plastiques sont l’un des symboles du XXe siècle et sont présentes partout : automobile, aéronautique, biens de consommation et d’équipement, bureautique, audiovisuel, emballages,... La bakélite (1909) est le plus ancien plastique entièrement synthétique. Le terme « plastique » décrit une grande variété de composés organiques obtenus par synthèse chimique. Il existe également des composés naturels utilisés dans la fabrication des matières plastiques : poix, bitume, brai, résines, laques, ambre, écaille, corne... INTRODUCTION : Principales matières plastiques. Du pétrole au plastique: Après avoir été extrait du sous-sol, le pétrole brut est envoyé dans une raffinerie pour séparer les différents constituants (raffinage). On obtient du fioul (utilisé pour le chauffage), du gazole, du kérosène et de l’essence (utilisés pour les transports) et du naphta. Le naphta subit une importante étape de transformation (le craquage) permettant d’obtenir de petites molécules, les monomères (éthylène, propylène, styrène, butadiène, benzène, éthanol, acétone, …) qui seront la matière de base des matériaux plastiques. Avec une réaction chimique de polymérisation, ces monomères s’assemblent et forment de longues molécules, les polymères (polyéthylène, polypropylène, polystyrène,…) qui sortiront de la raffinerie sous forme de granulés, de liquides ou de poudres. En ajoutant des adjuvants et additifs à ces polymères, on obtient des matériaux plastiques variés à qui on donnera des formes variées (tuyau, pots, formes complexes,…) par moulage, extrusion, injection ou encore thermoformage dans les usines I - Propriétés générales et structures 1. Principales caractéristiques : Faible densité (0,9 à 2,2), bonnes qualités d’isolation électrique et thermique, bonne résistance à un grand nombre de produits chimiques, pas d’oxydation comme certains métaux et ont un rapport volume/prix intéressant. Inconvénients : parfois inflammables ; sensibles aux rayons ultra violets ; à l’humidité et non facilement recyclables. 2. Structures moléculaires: Les plastiques, ou « polymères », sont élaborés par synthèse chimique (construits chimiquement) à partir de molécules de base, appelées monomères. Monomères : ce sont les unités chimiques de base, ou molécules, des matières plastiques. Ils sont construits autour des atomes de carbone (C), d’hydrogène (H), d’oxygène (O), d’azote (N), chlore (Cl), soufre (S), fluor (F)... Polymères : sous l’action de la pression, de la chaleur et d’un catalyseur, les molécules, ou monomères, se regroupent entre elles pour former de longues chaînes appelées polymères, ou macromolécules. Une macromolécule peut contenir plusieurs centaines à plusieurs millions de monomères. Structure moléculaire du polyéthylène. Polymérisation : l’opération chimique liant les monomères entre eux, pour obtenir un polymère, est appelée polymérisation. Copolymérisation : lorsque deux ou plusieurs polymères, de même nature ou non, sont liés entre eux chimiquement (branchements) l’opération est appelée copolymérisation. Structure des thermoplastiques : le nombre des branchements entre macromolécules est faible ; celles-ci restent linéaires et séparées après moulage. La structure obtenue, très serrée (forces élevées entre molécules et atomes) est semicristalline, bien organisée et proche de celle des métaux. Structure des thermodurcissables : les branchements entre macromolécules, très nombreux, solidarisent irréversiblement les macromolécules entre elles (copolymérisation créant un réseau tridimensionnel). Dans la mesure où les branchements se font de manière aléatoire, au hasard, le matériau obtenu est dit amorphe ou « désorganisé », différent d’un réseau cristallin très organisé, avec des couches d’atomes bien rangés et empilées les unes sur les autres. Remarques : certains plastiques, comme le polyester, existent dans les deux structures, thermodurcissable et thermoplastique. Structure des matières plastiques. 3. Propriétés mécaniques : Le comportement mécanique des plastiques est différent de celui des métaux. Il dépend de la structure, de la composition, du mode de fabrication, de la forme de la pièce, de la température, du temps et de l’humidité. La résistance en compression est souvent plus élevée que la résistance en traction : 50 à 100 % pour les thermoplastiques, parfois plus de 100 % pour les thermodurcissables. Sous charge, les plastiques se déforment instantanément dans un premier temps, comme un ressort, puis,contrairement au ressort, continuent à se déformer progressivement au cours du temps (« déformation retardée »). C’est le fluage, sorte d’écoulement très visqueux qui dure autant que la charge. Valeurs de E, module d’élasticité longitudinal. Phénomène de fluage au cours du temps. Comparaison des courbes contraintes /déformation du polyéthylène. 4. Phénomène de fluage: Le fluage est l’une des caractéristiques essentielles des matières plastiques. Il peut être mis en évidence par un essai de traction. A la mise en charge de l’éprouvette, un allongement dL0 se produit instantanément. Si la charge (F) est maintenue, l’éprouvette continue progressivement de s’allonger au cours du temps (allongement retardé). Plus la température est élevée, plus le phénomène est accentué. Si la charge F est supprimée, le phénomène s’inverse, l’éprouvette récupère rapidement une partie de l’allongement réalisé (récupération instantanée), puis progressivement et plus lentement une autre partie (récupération retardée). La déformation résiduelle qui subsiste mesure le fluage. La destruction des liaisons, le glissement entre les macromolécules, le frottement interne retardant les déformations sont les principales causes du fluage. Le phénomène apparaît également pour des métaux travaillant sous charge à de hautes températures (fours, moteurs, réacteurs...). Remarque : les fibres de renforcement (verre, kevlar, carbone...) permettent de corriger le phénomène de fluage Principe du fluage, comparaison avec les métaux se déformant élastiquement. II – Thermoplastiques: C’est de loin la famille la plus utilisée ils représentent près de 90 % des applications des matières plastiques. Ils sont moins fragiles, plus faciles à fabriquer (machine à injecter et cadences élevées) et permettent des formes plus complexes que les thermodurcissables. Ils existent sous forme rigide ou souple, compacte ou en faible épaisseur, sous forme de feuille très mince (film...), de revêtement, expansé ou allégé... Ils fondent sous l’effet de la chaleur et sont mis en forme à l’intérieur d’un moule ou d’une filière. L’objet moulé est ensuite solidifié dans la forme voulue au moyen d’un système de refroidissement. Les résidus de matière pouvant être récupérés, on dit alors que le processus de transformation est réversible. Les thermoplastiques sont donc recyclables. 1. Propriétés principales : Ils ramollissent et se déforment sous l’action de la chaleur. Ils peuvent, en théorie, être refondus et remodelés un grand nombre de fois tout en conservant leurs propriétés . Insensibles à l’humidité, aux parasites, aux moisissures (sauf polyamides) ils peuvent être fabriqués dans une gamme de couleurs très étendue. Inconvénients : fluage élevé ; coefficient de dilatation linéaire élevé, entraînant un retrait important au moment du moulage ; combustible ; sensibles aux ultraviolets électrostatiques, qui « attirent les poussières » ; pas toujours agréables au toucher. 2. Principales familles : (Voir Figure 1 : principales matières plastiques.) a)Thermoplastiques de grande diffusion: À eux seuls, ils représentent de 70 à 80 % du total des plastiques mis en oeuvre. On y trouve les polyéfines (polyéthylène, polypropylène), le polystyrène et les PVC (polychlorure de vinyle). Remarque les ABS (acronytrile-butadiène-styrène) et les acryliques (polyméthacrylate de méthyle) sont, par leur prix et leur diffusion, à mi-chemin entre les précédents et les plastiques techniques. Le polyéthylène (PE) : 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 ramifications présentes dans le matériau. On distingue deux familles: le PEBD ou polyéthylène basse densité et le PEHD polyéthylène haute densité. 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, sachets, sacs poubelle, récipients souples (bouteilles de 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, des cagettes, des tuyaux, des fûts, des 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 uploads/s3/ mx-plastiques-dernier-cour-1-pdf.pdf