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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE SAAD DAHLAB DE BLIDA 1 FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE MECANIQUE Mini projet Matériaux non métalliques (polystyrène) L3 construction mécanique Etudiants : Benyoucef Mohamed Nadir Groupe : 04 Année universitaire 2021/2022 Sommaire 1. Introduction…………………………………………………………...2 2. Histoire………………………………………………………………..2 21. polymère 2.2. Polystyrène 3. définition………………………………………………………………3 4. synthèse……………………………………………………………….4 5. caractéristique………………………………………………………...4 6. fabrication du polystyrène expansé………………………………....5 6.1. Matière première 6.2. Fabrication 7. polystyrène extrudé…………………………………………………..6 8. différence entre polystyrène extrudé et expansé………………….7 9. utilisation………………………………………………………………8 10. recyclage du polystyrène……………………………………………9 11. avantages et inconvénients du polystyrène expansé……………10 12. conclusion…………………………………………………………..11 13. liste de figures ……………………………………………………...12 14. références……………………………………………………………12 1 1. Introduction : Le polymère est une macromolécule résultant de l'assemblage de nombreux motifs identiques, un composé chimique avec des unités structurelles répétitives. Un polymère peut être naturel (exemples : polysaccharides, ADN) ; artificiel, obtenu par modification chimique d'un polymère naturel (exemples : acétate de cellulose, méthylcellulose, galalithe) ; ou synthétique, préparé par polymérisation de molécules monomères (exemples : polystyrène, polyisoprène synthétique). Les polymères sont devenus l'élément essentiel d'un nombre particulièrement important d'objets de la vie courante, dans lesquels ils ont fréquemment remplacé les substances naturelles. Ils sont présents dans de nombreux domaines industriels. Figure 1: structure 2. Histoire : 2.1 Polymère Les polymères naturels ont été parmi les premiers matériaux utilisés par l'Homme : bois et fibres végétales, cuir, tendons d'animaux, laine, etc. La notion de macromolécule n'est apparue que tardivement dans l'histoire de la chimie. Quoique présagée par Wilhelm Eduard Weber ou encore Henri Braconnot au début du XIXe siècle, de nombreux chercheurs ne voient là que des agrégats ou micelles. Il faut attendre les années 1920-1930 pour que l'idée de macromolécule soit acceptée, surtout grâce aux travaux d'Hermann Staudinger. Le développement industriel consécutif de la science macromoléculaire a été accéléré ensuite par la Deuxième Guerre mondiale. Les États-Unis ont été privés lors de leur entrée en guerre 2 de leur approvisionnement en caoutchouc naturel en provenance d'Asie du Sud-Est. Ils ont alors lancé un immense programme de recherche visant à trouver des substituts de synthèse. 2.2. Polystyrène : Le polystyrène a été découvert dès 1839, mais n’a été exploité à grande échelle en Allemagne et aux États-Unis qu’à partir des années 1930. Sa fabrication industrielle commença en 1933 et le procédé utilisé fut perfectionné au cours des décennies suivantes. Le polystyrène expansé a été inventé par hasard en 1944 par Ray Mc Intire (1919-1996) un chimiste travaillant pour Dow Chemical. Il fut commercialisé sous le nom de Styrofoam et utilisé à l’origine comme isolant thermique pour les bâtiments. 3. Définition Le polystyrène est le polymère obtenu par polymérisation des monomères de styrène. C’est un matériau solide à 20°C et pâteux à 120°C, qui fond entre 150°C et 170°C. Il est inflammable et combustible, avec une température d'auto-inflammation d’environ 490°C. Il est également soluble dans les hydrocarbures chlorés et aromatiques. Ce matériau dur, cassant et transparent se décline en différents types de polystyrènes aux applications multiples. Les différents types de polystyrènes Il existe trois types de polystyrènes : • le polystyrène "cristal", ainsi appelé en raison de son aspect transparent • le polystyrène "choc" caractérisé par l'ajout de plastifiants ou de Caoutchouc (butadiène) • le polystyrène expansé ou PSE. 3 Ce matériau est surtout connu du grand public sous sa forme expansée (parfois appelée "frigolite"), qui sert à emballer les appareils électroménagers ou hi-fi sensibles aux chocs. Cependant, il peut aussi se présenter sous la forme d’un Plastique transparent et dur utilisé pour les boîtes et boîtiers : le PS "cristal". 4. Synthèse : Le polystyrène est issu de la pétrochimie. Le polystyrène est obtenu par polymérisation du styrène. C'est dans un autoclave que la réaction aboutit au polystyrène. Le PSE ou polystyrène expansé est obtenu par mélange d'un gaz et de PS cristal. Avant les préoccupations pour la couche d'ozone, on utilisait le fréon, un gaz CFC (chlorofluorocarbone), remplacé depuis les années 90 par le butane ou le pentane. On peut extruder directement le mélange en plaques ou feuilles pour faire des isolants ou thermoformer des barquettes alimentaires ; on parle de PSE extrudé. On peut aussi façonner des microbilles vendues à des transformateurs. Ceux-ci, dans un outillage qui a la forme de la pièce à obtenir, versent la quantité indispensable de ces billes et injectent de la vapeur. Celle- ci relance l'expansion du gaz qui dilate les billes et la chaleur les soude entre elles tandis qu'elles s'agglutinent. On parle de PSE injecté. 5. Caractéristiques : Le polystyrène de base, nommé PS cristal, est une matière dure et cassante, pouvant être transparente ou colorée. Ses propriétés mécaniques et thermiques peuvent être modifiées par l'ajout de plastifiants ou de butadiène (caoutchouc) pour en faire un polystyrène dit choc. D'une manière pratique, on le reconnait à son côté cassant avec un blanchissement sur les zones de contraintes. La façon la plus rapide de reconnaître un plastique est de le brûler pour observer la flamme, la fumée et sentir l'odeur ; ce qu'il vaut mieux ne pas faire compte tenu de l'envisageable toxicité des gaz lors de la combustion de certains plastiques. Le polystyrène est aisément reconnaissable à sa fumée noire ainsi qu'à son odeur caractéristique. On peut aussi le distinguer au bruit particulièrement métallique qu'il produit en subissant un choc, par exemple en tombant sur une surface dure. Le polystyrène, hormis son côté cassant, souffre aussi d'une faible résistance chimique et d'une faible résistance à la fissuration sous contrainte ("ESCR"). L'acétone le dissout particulièrement aisément, les corps gras le fragilisent rapidement. Le polystyrène est le plus commun de la famille des polymères styréniques. Cette famille contient les différents copolymères du styrène : styrène-butadiène (SBR), styrène-acrylonitrile (SAN), acrylonitrile butadiène styrène (ABS), acrylonitrile styrène acrylate (ASA)... Les copolymères du type styrène-butadiène ("SBC") permettent d'augmenter la résistance au choc en gardant la transparence. La teneur en butadiène est plus élevée que dans un PS choc et le mode de polymérisation est différent. Ces copolymères sont utilisés soit seuls, soit en 4 mélange avec le polystyrène cristal. Ces mélanges PS cristal et SBC sont communs en extrusion. Le polystyrène cristal est cependant extrudé seul dans des unités d'orientation pour former des feuilles d'"OPS" (Oriented PolyStyrene ou polystyrène orienté). Cette orientation se fait avec des grades de PS cristal à haut poids moléculaire, dans des unités d'orientation en sens machine puis sens transverse ; elle confère une meilleure tenue mécanique à la feuille ainsi obtenue. Le polystyrène est non biodégradable mais il se recycle aisément après étuvage [réf. Nécessaire]. Son code d'identification est le 6. Selon sa tacticité, le polystyrène peut être : Atactique syndiotactique istactique Cristallinité Amorphe Cristallinité moyenne Cristallinité élevée Point de fusion Pas de point de fusion 270 °C 240 °C Produit commercial oui peut non Première fabrication Natta 1985 : N. Ishihara (Idemitsu Kosan Co. LTD) 1955 : Giulio Natta Méthode de fabrication Polymérisation par catalyse avec un métallocène Polymérisation Ziegler-Natta Figure 2:caracteristique 6. Fabrication du polystyrène expansé 6.1. La matière première Son composant de base, le monomère styrène est extrait d’un sous-produit de raffinage du pétrole appelé le naphta. À noter que le monomère styrène est un composant également présent à l'état naturel dans les plantes et dans plusieurs aliments. 6.2. La fabrication Associé à un agent d'expansion et à de l'eau, le monomère styrène se transforme en billes de polystyrène expansible. Celles-ci sont ensuite dilatées et expansées sous l'effet de la vapeur d'eau pour se transformer en perles de polystyrène expansé. Ces dernières sont alors introduites dans des moules et s’agglomèrent sous l’action de la vapeur d’eau pour former des blocs compacts ou des produits moulés en polystyrène expansé. Ces blocs sont ensuite découpés pour former des panneaux isolants pour les murs, les sols, les planchers et les toitures. Trois choses à savoir sur la fabrication du polystyrène expansé : 5 • Les panneaux de PSE sont composés d’une multitude de billes de polystyrène de 0,2 à 3 mm. • Composé à 98% d'air et 2% de matière, le polystyrène expansé est un matériau durable, inerte, biologiquement neutre et stable dans le temps. • Il faut savoir que moins de 0,1% du pétrole extrait dans le monde est nécessaire à la fabrication du polystyrène expansé. Figure 3 : procédé de fabrication 7. Le polystyrène extrudé Le polystyrène extrudé (XPS ou PSE-E) est une variante de PSE qui se distingue par son mode de fabrication. Le PS cristal d'origine n'est plus en billes, mais en cristaux ou en perles fines, mélangés à des additifs : • Dioxyde de carbone (CO²) pour les λ courants • Hydrofluorocarbure (HFC) pour les λ hautes performances Le produit, fondu à haute température dans une extrudeuse, forme une pâte souple. Poussée, sous pression à travers une filière, puis dans une matrice dans laquelle elle se dilate. Il est enfin coupé pour prendre sa forme définitive. On obtient ainsi une mousse aux qualités particulières. 6 8. Différences entre le polystyrène expansé et le polystyrène extrudé Le polystyrène extrudé reprend les caractéristiques et excelle dans toutes les applications du PSE dont uploads/Industriel/ polystyene-l3.pdf