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Classification des polymères

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L’appellation « polymère » regroupe une large gamme de matières plastiques, séparés en plusieurs groupes, puis eux-mêmes divisés en sous-familles. Aussi, avant d’aborder la mise en œuvre, puis du recyclage des plastiques, il faut avoir une classification générale de ces matières : thermodurcissables ou thermoplastiques (deux grands groupes dans lesquels nous incorporerons également les élastomères) en détaillant leurs propriétés, leurs compositions, leurs aspects et leurs fonctions finales, tout en précisant quels sont les plastiques recyclables.

Quels sont les critères utilisés pour classer les matières plastiques

La classification des matières plastiques est basée sur des critères qui sont variés selon le besoin ou l'utilisation.

On peut faire quatre classifications des matières plastiques définies selon :

  • Leur procédé de polymérisation : (poly-condensation : Nylons, polyuréthannes et polyesters ; poly-addition : polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC) et le polystyrène (PS)). (n'est pas détaillé das cet article)

  • leur comportement thermique. (thermoplastiques et thermodurcissables )

  • leur structure chimique (cristallin, amorphes et semi-cristaline)

  • leur critère ou type d’usage : (plastiques de grande diffusion ou plastiques techniques)

Comportement thermique

Les thermoplastiques :

Les thermoplastiques sont constitués de polymères linéaires ou ramifiés. Ils « fondent » de manière réversible par simple chauffage (100-200 °C). Cette propriété est utilisée pour leur mise en forme.

Exemples : On peut citer le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC) et le polystyrène (PS).

Les thermodurcissables

Leurs comportement à la température est irréversible. Le chauffage du thermodurcissable conduit à la dégradation de la matière si on dépasse une température donnée. Certains thermodurcissables subissent une cuisson (vulcanisation) lors de leur mise en forme pour créer de ponts entre les chaînes moléculaires (réticulation). Cette opération les rend infusibles. La mise en en forme de ces polymères est obtenue par une réaction chimique entre polymère de base et un agent de solidification (durcissement). Cette réaction peut se produire à la température ambiante ou à une température plus élevée.

Exemples : les résines polyesters, phénoliques, polyuréthannes ou les résines à base de formaldéhyde.

 

Les critères d'usage (économiques)

Si l'on considère le rôle des plastiques dans la vie quotidienne ou dans les activités industrielles, parfois de pointe, on distingue les plastiques de grande diffusion et les plastiques techniques.

Les plastiques de grande diffusion

Ils sont produits en très gros tonnages (la capacité des unités de production est souvent supérieure à 100 000 t/an) et à bas prix (moins de1,5 euro/kg).

On trouve parmi ces matières les «quatre grands» thermoplastiques, à savoir le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polystyrène (PS) et le polychlorure de vinyle (PVC). S'y ajoutent trois familles de thermodurcissables: aminoplastes, phénoplastes et polyesters insaturés. Dans tous les cas, il s'agit de produits simples, couvrant la grande majorité des besoins. Actuellement, on assiste à une grande diversification des fabrications, avec une tendance à réaliser des produits «sur mesure», adaptés à des applications spécifiques.

Les plastiques techniques

Ils sont produits en plus faible quantité et à des prix dépassant largement 15 euros/kg pour certains. Ils sont destinés à la haute technologie.

En pratique, il n'existe pas de frontière précise entre plastiques de grande diffusion et plastiques techniques: certains copolymères2 d'éthylène et de propylène sont à classer dans la seconde catégorie; les ABS courants sont classés dans la première, bien que leurs applications techniques soient nombreuses.

Structures moléculaires des matières plastiques

Les matières thermoplastiques se répartissent, en raison de leur structure, en polymères amorphes et partiellement cristallins et cristallines.

Les matières plastiques à structure amorphe sont, en règle générale, transparentes et ont tendance à être sensibles aux fissures de tension. En raison de leur grande stabilité dimensionnelle, elles conviennent aux pièces de précision.

L’état amorphe

A l’état amorphe, une chaîne se replie et se déploie dans l’espace pour adopter une configuration dans laquelle on ne distingue aucun ordre à grande échelle. Les atomes ne respectent aucun ordre à moyenne et grande distance, ce qui le distingue des composés cristallisés.

Cette absence d’ordre donne au polymère une structure de liquide « figé » dont les principales caractéristiques sont les suivantes :

  • pas de point de fusion Tf.

  • existence d’un point de transition vitreuse Tg (voir § 3 Transition vitreuse) marquant le passage de l’état liquide / caoutchoutique à l’état vitreux.

  • transparence dans le visible pour certains plastiques :

    Exemples : Le PS « cristal » ou le PVC « cristal » sont transparents parce qu’ils ne sont pas du tout cristallins.

Pour des exemples supplémentaires voir Plastiques & thermoplastiques : Propriétés et applications

L’état cristallin

L’état cristallin est caractérisé par l’existence d’un ordre à grande distance. Les chaînes, ayant adopté une conformation régulière en zig-zag, plan ou en hélice, arrangés de façon ordonnée et compacte. On peut dès lors définir une maille cristalline qui se répète de manière périodique dans les trois directions de l’espace. Ce type de structure diffracte les rayons « x ».

Les principales caractéristiques de l’état cristallin sont les suivantes :

  • compacité supérieure à celle de la phase amorphe.

  • existence d’un point de fusion Tf.

  • indice de réfraction supérieur à celui de la phase amorphe.

  • rigidité supérieure à celle de la phase amorphe.

  • rigidité supérieure à celle de la phase amorphe.

 

Mohamed Wissem LANDOLSI

I am a Tunisian-based engineer interested in Web Writing and journalism with a passion for covering the latest happenings in industry, technology and innovation world. I am also into Engineering, plastics design and professional training.