Les plastiques et les élastomères : PMMA, Polyamide, PEHD

De nombreux objets de la vie courante sont fabriqués en plastique avec, pour chacun d’eux, des propriétés et des utilisations différentes. La production mondiale ne cesse d’augmenter malgré les enjeux environnementaux. En effet celui-ci est principalement issu du pétrole. Selon le site Planetscope, 9 milliards de tonnes de plastique ont été produites dont la moitié se retrouve dans la nature. Les océans payent un lourd tribu à cette pollution.

Quelques alternatives plus écologiques se développent mais cela reste trop anecdotique pour le moment. Il est donc important que chacun fasse un effort pour bien recycler les emballages. Il est possible d’agir au quotidien en privilégiant les produits en contenant le moins possible. Certains polymères, thermodurcissables, sont polymérisés et ne peuvent pas être recyclés. C’est le cas par exemple de la Bakélite.

Des additifs peuvent être ajoutées aux matières premières pour modifier les propriétés physico-chimiques des produits finis. C’est le cas des phtalates utilisés comme plastifiant, notamment dans le PVC. Ces additifs peuvent entrainer des problèmes de toxicité, en particulier pour les contenants destinés au contact alimentaire.

Déchets de sacs plastiques
Les emballages finissent souvent dans l’environnement

PMMA – polyméthylméthacrylate

Rigide et transparent comme le verre, il résiste aux agents atmosphériques. Ce plastique peut être utilisé en remplacement du verre lorsque la température d’utilisation est inférieure à 90 °C et où une faible résistance chimique est suffisante. Le PMMA résiste très bien aux UV.

Température maximale d’emploi : 95 °C
Température de fragilisation : -50°C
Densité : 1.18
Aptitude au micro-onde : non
Couleur : transparent
Flexibilité : rigide
Résistance chimique faible à de nombreux produits chimiques

Un plastique pour la chimie : le Polypropylène (PP)

Logo sur produits fabriqués en Polypropylène
Logo de recyclage des produits plastiques en polypropylène

Le polypropylène a une structure comparable au polyéthylène mais sa résistance en température est plus élevée. Il a de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance chimique. Il résiste à de nombreux acides, même concentrés.
Le polypropylène est un polymère recyclable fortement utilisé pour la fabrication d’objets divers (automobile, boites alimentaires…)

  • Température maximale d’emploi : 125 °C
  • Température de fragilisation : 0°C
  • Densité : 0.9
  • Aptitude au micro-onde : oui
  • Autoclavable : oui
  • Couleur : translucide
  • Flexibilité : mauvaise

Polyamide (PA)

Les polyamides présentent de bonnes propriétés mécaniques. Ils entrent dans la fabrication de nombreux matériaux de construction. Ils sont facilement attaqués par les acides et les oxydants.
Parmi les polyamides,le plus connu est le PA 6.6 aussi appelé nylon !
Voir la synthèse du nylon en vidéo
Les polyamides sont hydrophiles, ce qui peut présenter quelques inconvénients.

le polyéthylène, un plastique très utilisé

Polyéthylène haute densité (PEHD)

Le PEHD fait parti de la famille des polyéthylènes UHMW avec un très haut poids moléculaire. Il est très peu ramifié, ce qui lui donne une structure plus compacte. Sa rigidité est supérieur au PELD ainsi ce matériaux a une bonne résistance chimique et mécanique. Son bon coefficient de frottement lui permet d’avoir une bonne résistance à l’abrasion.

Propriétés du PEHD

  • Température maximale d’emploi : 105 °C
  • Température de fragilisation : -50°C
  • Densité : 0.95
  • Aptitude au micro-onde : oui
  • Autoclavable : non
  • Couleur : translucide ou blanc naturel
  • Flexibilité : bonne
  • Très bonne résistance chimique aux acides, aux alcools aliphatiques, aux aldéhydes , aux hydrocarbures aliphatiques et aromatiques
  • Faible résistance aux agents oxydants
tubes en plastique PE
Tubes en plastique PEHD

Nota : PEHD signifie polyéthylene high density

Polyéthylène basse densité (PELD)

Le PELD est un polyéthylène fortement ramifié d’où sa basse densité ce qui lui confère une très bonne flexibilité. Sa résistance chimique  de cette matière plastique est bonne mais inférieure à celle du PEHD par rapport aux solvants organiques.

Propriétés du polyéthylène

Température maximale d’emploi : 80 °C
Température de fragilisation : -50°C
Densité : 0.92
Aptitude au micro-onde : oui
Couleur : translucide
Flexibilité : excellente
Très bonne résistance chimique aux acides, aux alcools aliphatiques, aux esters, aux hydrocarbures et à l’éther
Nota : PELD signifie polyéthylene low density

Polystyrène (PS)

Le polystyrène est transparent, dur et cassant. Il a une bonne résistance chimique aux solutions aqueuses mais sa résistance aux solvants est modérée voir faible (cétones, esters, etc …). Il a une faible résistance à la chaleur.

Utilisations :

L’application la plus répandue du polystyrène est le polystyrène expansé (PSE) sous forme de billes. il est utilisé principalement dans l’emballage et dans l’isolation thermique des murs.
Température maximale d’emploi : 70°C
Température de fragilisation : -20°C
Densité : 1.05
Aptitude au micro-onde : non
Autoclavable : non

Polychlorure de vinyle – PVC

Polymère - PVC

La famille des PVC sont des plastiques thermoplastiques de bonne résistance chimique. Une large gamme de produits en PVC sont fabriqués grâce à l’ajout de plastifiants divers.

Propriétés du PVC

Température maximale d’emploi : 80 °C
Température de fragilisation : -20°C
Densité : 1.35
Aptitude au micro-onde : non
Couleur : transparent
Flexibilité : rigide
Très bonne résistance chimique aux acides, aux alcools aliphatiques, Faible résistance à de nombreux solvant.(éthers, cétones , aldéhydes…)

D’autres polymères plus ou moins courants

Le polycarbonate : il est rigide et transparent avec une large plage d’utilisation en température de plus ou moins 135 °C. Il est autoclavable mais avec une résistance chimique modérée. C’est matériaux de choix pour fabriquer les écrans de protection ou les verres de lunette.

Le polytetrafluoroethylène (PTFE) dont la marque la plus connue est le Téflon, est un polymère aux propriétés exceptionnelles. Sa résistance thermique est très étendue : de -200 °C à plus de 260 °C. Il est donc autoclavable sans problème. Sa résistance chimique est supérieure à tous ses concurrents et son coefficient de friction est particulièrement faible. Malgré son coût élevé, il a de multiple applications en chimie bien sûr, mais aussi dans la vie courante : il est utilisé sur certaines poêles anti-adhésives.

Le polytéréphtalate de bytylène (PBT) est intéressant pour ses propriétés mécaniques élevées et sa bonne résistance à la température ( 180°C). Il résiste bien aux produits chimiques. Ce matériaux rigide est un bon choix pour la fabrication de bouchons en chimie.

Élastomère (NBR, EPDM, MVQ)

Élastomère = NBR ou nitrile : Cet élastomère est un mélange de butadiène et d’acrylonitrile qui convient a la plupart des applications hydrauliques et pneumatiques. Cet élastomère résiste très bien aux huiles minérales, aux fluides HFA, HFB et HFC. De plus, il présente un bon DRC sur une large plage de température.
Température = -30 a +110°C

Élastomère = EPDM : il est a base d’éthylene-propylène et résiste bien au vieillissement et a l’ozone. L’EPDM résiste également à la vapeur, à l’eau chaude, aux produits alcalins et à certaines huiles de frein.
Cet élastomère ne résiste pas aux huiles minérales.
Température = -30 a +120 °C

MVQ ou Silicone : Malgré ses propriétés mécaniques faibles, cet élastomère est intéressant comme joint statique joint torique).
Il a une bonne résistance à l’air chaud et a l’ozone
Température = -60 a +200 °C

La résine Acétal

La résine acétal (avec fibre de verre) est un matériau à haut module principalement utilisé dans la fabrication de bagues d’usure ou de bagues anti-extrusion.
Elle est élaborée par polymérisation du formaldéhyde. Cet homopolymère offre des propriétés mécaniques sensiblement meilleures que les copolymères du fait de sa structure hautement cristalline .

Ses propriétés mécaniques sont excellentes :

  • Forte résistance à la traction
  • Résistance aux chocs
  • Bonne résistance à la fatigue
  • Stabilité dimensionnelle
  • Résistance au fluage
  • Faible friction

Température d’utilisation : -40°C +110°C

Résistance aux fluides

Elle possède un bonne résistance chimique. Elle résiste à l’essence, à l’humidité, aux huiles de lubrification, aux solvants et à de nombreux produits chimiques neutres.

L’usinage plastique : les différentes méthodes selon les matières

L’usinage plastique permet de réaliser des pièces plus ou moins complexes dans des délais courts. Le prix final de la pièce est plus élevé par rapport à une pièce plastique réalisée par injection.

Usinage d’une pièce plastique

L’usinage est une technique de fabrication de pièces. Le principe de l’usinage plastique est d’enlever de la matière, avec des outils adaptés, d’une ébauche de résine acétal par exemple. L’ébauche de matière peut avoir une forme de cube, d’un tube ou d’un cylindre plein.
Pour réaliser une forme, on distingue deux méthodes : usinage par travail de forme ou par travail d’enveloppe.

Méthode du travail de forme

Le travail de forme consiste à utiliser un outil avec une forme particulière qui va reproduire directement sa forme dans la matière.

Usinage plastique par travail d’enveloppe

Verres en plastique usinés
Verres en plastique usinés

Le travail d’enveloppe consiste à faire un mouvement particulier à l’outil pour réaliser la forme souhaitée. La forme de l’outil de coupe ne correspond pas à la forme de la pièce plastique à réaliser.

Il existe une multitude de plastiques usinables. Chaque plastique s’usine différemment car le comportement d’un plastique, lors de l’enlèvement de la matière, est très variable. Certains chauffent et fondent malgré la lubrification avec un liquide de coupe, d’autres sont très abrasifs.

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