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Généralités sur les polymères : Les polymères, appelés communément "matières pl

Généralités sur les polymères : Les polymères, appelés communément "matières plastiques", sont indissociables de notre environnement et de notre vie pratique. Ils se sont imposés dans tous les domaines de nos activités: des objets les plus banals jusqu'à des applications techniques sophistiquées, en passant par leur utilisation dans les produits d'hygiène ou alimentaires. Le plus souvent synthétiques, quelquefois naturels, ils doivent cet essor à leurs larges gammes de caractéristiques, durs, mous ou élastiques, transparents ou opaques, isolants et quelquefois conducteurs, plus ou moins résistants aux conditions agressives de leur usage, toujours légers. C'est la nature particulière de leurs molécules en forme de chaîne, ainsi que la variété des modes d'assemblage qu'elles adoptent, qui est à l'origine de cette diversité. Les polymères sont constitués de macromolécules qui sont obtenues par adjonction de petites molécules appelées monomères. Lors d’une réaction de polymérisation, les monomères forment en général de longues chaînes qui peuvent se replier sur elles-mêmes et/ou s’enchevêtrer avec les macromolécules voisines. Les longues chaînes de polymères peuvent présenter des domaines cristallins ou amorphes selon les cas. Définition d’un polymère Un polymère est une macromolécule, organique ou inorganique, constituée de l'enchaînement répété d'un même motif, le monomère, reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes. Dans la macromolécule suivante .....A-A-A-A-A-A-A..... = [-A-]n l’unité constitutive est A ; elle est formée d’un groupe d’atomes qui se répète. A l’échelle moléculaire, quelques centaines de nm, la plupart des macromolécules se présentent sous forme de « fils long et souples ». Les réactions chimiques permettant de passer d’un monomère A à la macromolécule [-A-]n s’appellent polymérisation. Ainsi, l’éthylène CH2=CH2 (monomère) conduit par polymérisation par ouverture de la double liaison au polyéthylène (polymère) [-CH2-CH2-]n. Classification des différents polymères liées à la structure Polymères linéaires Les polymères linéaires sont constitués de grandes chaînes de monomères reliés entre eux par des liaisons covalentes. Ces macromolécules sont liées entre elles par des liaisons secondaires qui assurent la stabilité du polymère. Ces liaisons secondaires sont des liaisons ou ponts hydrogène. Lorsque ces liaisons existent, le matériau devient rigide et présente un comportement de solide. Polymères ramifiés Au sein d’un polymère, il y a quelques grandes chaînes et plein de petites chaînes latérales. Polymères réticules : Familles des polymères : Thermoplastiques Sous l'effet de la chaleur, les thermoplastiques ramollissent et deviennent souples. On peut alors leur donner une forme qu’ils garderont en refroidissant. La transformation est réversible et renouvelable un grand nombre de fois, les thermoplastiques sont ainsi facilement recyclables. Cependant ils ne sont pas biodégradables et ont une « durée de vie » de plusieurs centaines d’années. Ce sont les matières plastiques les plus utilisées. Selon le polymère et sa configuration un thermoplastique va être amorphe ou bien semi cristallin. Materiaux amorphes et semi-cristallines: Les polymères sont souvent décrits comme étant cristallins ou amorphes alors qu’il est plus exact de décrire les plastiques par leur degré de cristallinité. Aucun polymère n’est à 100 pour cent cristallin car autrement il ne pourrait se dissoudre à cause de sa structure très organisée. Cependant, plusieurs polymères sont considérés comme des matériaux semi- cristallins avec un maximum de 80 pour cent de cristallinité. Les matériaux Amorphe : Les matériaux amorphes n’ont pas un ordre établi dans leur structure moléculaire qui les compose et peuvent être comparés à un bol de spaghettis cuits. Les plastiques amorphes incluent les polymères atactiques alors que leur structure moléculaire ne résulte généralement pas à une cristallisation. Les matériaux cristallins : Les matériaux cristallins présentent une structure hautement organisée et leurs composantes moléculaires sont solidement entassées. Ces zones de cristallinité sont appelées sphérulites et elles peuvent varier dans la forme et la dimension à travers les zones amorphes. La longueur des chaînes polymères contribue à leurs habiletés à cristalliser. Thermodurcissable Ces plastiques prennent une forme définitive au premier refroidissement : ils deviennent durs et ne se ramollissent plus une fois moulés. La technique de fabrication est difficile à mettre en œuvre mais elle produit des matériaux très solides et très résistants aux agressions chimiques et à la chaleur. Élastomère Les élastomères sont élastiques : ils se déforment et tendent à reprendre leur forme initiale et supportent de très grandes déformations avant rupture. Ce ne sont pas réellement des « plastiques ». Issu du latex d'Hévéas (arbre d’Amazonie), le caoutchouc naturel est resté longtemps le seul élastomère connu mais les méthodes modernes de fabrication ont permis d’obtenir une grande diversité de matériaux en ajoutant des additifs, accélérateurs, agents protecteurs (anti UV, anti oxygène,…) et en les combinant à d'autres matériaux (métaux, textiles, autres plastiques…). Les principaux types de polymérisation Polymérisation par addition La polymérisation par addition est une réaction de monomères entre eux pour former une chaîne de polymère, cette réaction présente une double liaison C = C, il est possible d’ajouter des molécules de même nature, dans ce cas on obtient un homopolymère le polyéthylène par exemple, ou de nature différente pour donner un copolymère, le polystyrène-butadiène par exemple, La polymérisation par addition produit des macromolécules linéaires. Polycondensation La polymérisation par condensation entraîne des réactions chimiques qui conduisant à la formation de sous produits. Les réactions de polycondensation sont des réactions par étapes. Les deux monomères en présence donnent naissance à une molécule intermédiaire, laquelle constitue l’élément fondamental qui se répète dans la macromolécule. La polymérisation par condensation peut engendrer en général un réseau tridimensionnel. Mise en forme des matières plastiques : Les techniques de mise en forme des matériaux ont pour objectif de donner une forme déterminée au matériau, afin d'obtenir un objet ayant les propriétés souhaitées. C'est un travail qui nécessite de maîtriser parfaitement les paramètres expérimentaux (composition du matériau, température, pression, vitesse de refroidissement, etc.). Les techniques diffèrent selon les matériaux (leur solidité, l'usage, etc.). Plus que tout autre matériau, les matières plastiques offrent un large choix de techniques de transformation. Les matières premières se présentent sous forme de granulé, poudre, pastille, pâte ou liquide. Les matières hygroscopiques subissent un pré séchage avant la mise en œuvre afin d'éviter tout défaut lié à l'humidité sur les pièces plastiques. Moulage par injection Le moulage par injection, permet de fabriquer des objets en moyen ou très grande série, dans la bonne matière. La qualité du moule et la précision du processus permettent d’obtenir des pièces de production visuelles et fonctionnelles. Ces pièces séries sont produites pour de nombreux domaines. Elles sont utilisables pour les appareils ménagers ou dans l’automobile par exemple. Il consiste à injecter un polymère fondu (matière thermoplastique) sous haute pression dans un moule, grâce à une presse d’injection. Le moulage par injection utilise des matières thermoplastiques. Ces dernières se présentent sous forme de granulés avant la phase de transformation. Elles sont ramollies sous l’effet de la chaleur. Une fois sous forme liquide, la matière est injectée dans un moule et prend l’empreinte de celui-ci. Ensuite, elle va refroidir et se solidifier. Lorsqu’elle a retrouvé sa dureté, on peut extraire la pièce qui devient utilisable. Injection soufflage Le procédé d’Injection-Soufflage permet de réaliser des corps creux qui présentent de bonnes propriétés mécaniques. Il se décompose en 2 phases distinctes : Une première phase d’injection. Cette phase consiste à injecter une préforme (éprouvette) dans un moule d’injection. Une deuxième phase de soufflage. Cette phase consiste à souffler la préforme dans un moule. Cette technique est essentiellement réservée aux thermoplastiques. Le procédé extrusion uploads/s3/ generalites-sur-les-polymeres.pdf