2 - Les 3 grandes familles:

1 - Les polymères.

2 - Les 3 grandes familles:

-> Les thermoplastiques

- Les polyoléfines

- Les polyamides

- Les halogénés

- Les polyesters saturés

-> Les thermodurcissables

-> Les élastomères

Les polymères

Un polymère est une macromolécule, formé d'unités monomères liées entre elles par des liaisons covalentes.

Les polymères

Différentes notions:

Polymère

Polymères linéairesLe polymère le plus simple est un polymère linéaire. Un polymère linéaire est simplement une chaîne dans laquelle toutes les liaisons carbone-carbone existent en une seule ligne droite. Une fois formés, ces polymères linéaires peuvent créer des brins de fibres ou former un maillage qui peut être très solide et difficile à percer.

Polymère

Polymères ramifiés: Les polymères ramifiés sont définis comme ayant des chaînes de polymères secondaires liées à une épine dorsale primaire Ce qui donne lieu à une variété d’architectures de polymères comme les polymères en étoile, en forme de H, en pompon et en forme de peigne.

Polymères

Polymères réticulés Le polymère réticulé forme de longues chaînes, soit ramifiées ou linéaires, qui peuvent former des liaisons covalentes entre les molécules de polymère. Comme les polymères réticulés forment des liaisons covalentes beaucoup plus fortes que les forces intermoléculaires qui attirent d’autres chaînes de polymères, le résultat est un matériau plus solide et plus stable.

Polymères

Les polymères peuvent être naturels, synthétiques, voire bisourcés : - Les polymères naturels: Les polymères naturels comme l'amidon, la chitine ou la cellulose sont des macromolécules qui jouent un rôle primordial dans la structure cellulaire. Ils sont présents autour de nous dans la nature et dans notre quotidien (élastomères, peintures, isolants, colles, aliments)…

Polymères

Les polymères peuvent être naturels, synthétiques, voire bisourcés : - Les polymères synthétiques: Les polymères synthétiques sont les polymères créés par l’Homme. Ils sont obtenus par polymérisation de monomères, eux-mêmes généralement issus de l’industrie du pétrole (distillation du pétrole: on extrait le naphta puis vapocraquage de celui-ci).

Polymères

Les polymères peuvent être naturels, synthétiques, voire bisourcés : - Les polymères biosourcés: Les polymères biosourcés sont des plastiques fabriqués à partir de matières premières renouvelables d’origine végétale ou animale (comme l’amidon de maïs, la canne à sucre, les huiles végétales, la cellulose, la chitine, etc.), au lieu d’être produits uniquement à partir de ressources fossiles comme le pétrole.

Polymères

Un polymère est une molécule de masse moléculaire élevée, constitué d’un enchaînement de motifs de répétition. Autrement dit, il s’agit d’un enchainement de monomères, unis entre eux par des liaisons covalentes. Ils peuvent être naturels mais aussi synthétiques, et cette synthèse peut être opérée de différentes manières : - La polyaddition est un type de réaction chimique de polymérisation où des petites molécules appelées monomères s’assemblent sans perte d’atome ni formation de sous-produit. Chaque monomère réagit directement avec le suivant pour former une longue chaîne : tout ce qui est présent dans les monomères se retrouve dans le polymère.

Polymères

- Par polycondensation : C'est une réaction entre deux monomères conduisant à l’élimination d’une molécule d’eau. Diverses familles de polymères émergent de la polycondensation : Polyamides, polyesters, polyéthers, silicones.

Polycondensation → il y a élimination d’une petite molécule (souvent H₂O, HCl, CH₃OH…).

Polymères

- Structure interne: On peut comparer la structure des polymères à une antenne avec ses branches : L’axe principal de l’antenne représente la chaîne macromoléculaire (les enchaînements de monomères). Les branches latérales de l’antenne symbolisent les chaînes ramifiées qui peuvent apparaître au cours de la polymérisation. Selon la manière dont ces « antennes » s’organisent, on obtient différentes structures : Amorphe : les antennes sont disposées de façon désordonnée, comme un tas de branches emmêlées. Semi-cristalline : une partie des antennes s’alignent régulièrement (zones cristallines), tandis que d’autres restent désordonnées (zones amorphes). Cristalline: (idéal théorique pour un polymère) : les antennes sont toutes bien rangées, formant une structure parfaitement ordonnée (rare en réalité pour les polymères).

Polymères

- Structure Amorphe: Un polymère amorphe est un matériau dont les chaînes sont désordonnées, comme des spaghettis emmêlés sans organisation régulière. - Ce type de structure ne présente pas de zones cristallines. Caractéristiques principales : - Souvent transparents (ex. : polystyrène, PMMA, polycarbonate). - Propriétés mécaniques : rigides mais fragiles en dessous de la Tg. - Pas de fusion nette (contrairement aux semi-cristallins).

Polymères

- Structure Amorphe: Notion TG (ou température de transition vitreuse): Glass Transition Temperature en anglais. -> Abrégé de la même façon : Tg. Glass = verre (car en dessous de Tg, le polymère se comporte comme du verre). Transition = changement d’état mécanique. Temperature = température à laquelle ce changement se produit. La transition vitreuse est le changement d’état physique d’un polymère amorphe ou de la partie amorphe d’un polymère semi-cristallin.

Polymères

- Structure Amorphe: 🔽 En dessous de la Tg : comportement vitreux Rigide et dur, car les chaînes sont figées. Cassant, comme du verre : peu de déformation possible avant rupture. Résistance mécanique élevée, mais très faible allongement à la rupture. Exemple : un gobelet en polystyrène → il casse net quand on le plie à froid. 🔼 Au-dessus de la Tg : comportement caoutchoutique Souple et élastique, car les chaînes peuvent bouger et se réorganiser. Déformable : le matériau s’allonge et revient partiellement en place. Résistance mécanique plus faible, mais grande élasticité. Exemple : un pneu ou une règle en plastique chauffée → elle plie sans casser.

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- Structure Semi cristallin: Un polymère semi-cristallin présente à la fois : des zones ordonnées (cristallites) où les chaînes sont bien alignées, et des zones désordonnées (amorphes) où les chaînes restent emmêlées.

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- Structure Semi cristallin: -> Cette dualité explique beaucoup de leurs propriétés. Leur transformation thermique est marquée par deux températures : - La température de transition vitreuse (Tg) → concerne les zones amorphes. - La température de fusion (Tm) → correspond à la fusion des zones cristallines, indispensable pour la mise en œuvre.

Polymères

- Structure Semi cristallin: Tm en anglais signifie : -> Melting Temperature = Température de fusion. Elle correspond à la température à laquelle les zones cristallines d’un polymère semi-cristallin fondent. C’est une transition de premier ordre (claire, avec absorption nette de chaleur). Exemple : Polyéthylène haute densité (PEhd) → Tm ≈ 130 °C Polypropylène (PP) → Tm ≈ 160 °C

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- Structure Semi cristallin: Caractéristiques principales : - Opaque dans la plupart des cas (car cristallites diffusent la lumière). - Bonne résistance mécanique et résistance chimique. - Retrait au moulage plus important que pour les amorphes. Exemples : polyéthylène (PE), polypropylène (PP), polyamide (PA).

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- Structure Cristalline: (cas théorique chez les polymères) Un polymère cristallin serait un matériau dont les chaînes seraient parfaitement ordonnées et alignées dans tout le volume, un peu comme un cristal de sel ou de quartz. - En pratique, les polymères ne sont jamais 100 % cristallins, car la longueur et l’encombrement des chaînes empêchent un empilement parfait. On parle donc de taux de cristallinité, qui peut aller de 0 % (amorphe) à environ 80 % pour certains polymères très réguliers (ex. : PEhd).

Polymères

- Structure Cristalline: (cas théorique chez les polymères) Leur comportement thermique est marqué par : - Une température de transition vitreuse (Tg) → pour les parties amorphes résiduelles. - Une température de fusion (Tm) → nette et bien marquée, car les zones cristallines fondent comme un solide classique.

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- Structure Cristalline: (cas théorique chez les polymères) -> Caractéristiques principales : - Très rigides et résistants mécaniquement. - Denses : les chaînes sont serrées → masse volumique plus élevée. - Généralement opaques (les cristallites diffusent la lumière). Exemples : théoriquement le PE très linéaire (fort taux de cristallinité), certaines fibres comme l’aramide (Kevlar).

Polymères

- Synthèse des strutures:

Les polymères

Les 3 grandes familles

Les polymères

Les 3 grandes familles

Les polymères

Les thermoplastiques

Les Polymères

Les thermoplastiques

Qu'est-ce qu'un thermoplastique ? Les thermoplastiques sont une catégorie de plastiques qui deviennent souples ou moulables lorsqu'ils sont chauffés et solidifiés lors du refroidissement. Contrairement aux plastiques thermodurcis, les thermoplastiques peuvent être fondus et remodelés à plusieurs reprises sans subir de modification chimique. Cette réversibilité les rend très polyvalents et largement utilisés dans diverses applications, y compris les composants d'ingénierie de précision.

Les Polymères

Les thermoplastiques

Définition du thermoplastique: Un thermoplastique, par définition, est un polymère qui peut être fondu et reformé plusieurs fois sans altérer ses propriétés chimiques. Cette caractéristique est due à la structure linéaire ou ramifiée des chaînes polymères, qui ne forment pas de réticulations permanentes lorsqu'elles sont chauffées.

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Les thermoplastiques

Propriétés des thermoplastiques: Les thermoplastiques présentent plusieurs propriétés remarquables qui contribuent à leur utilisation généralisée : Recyclabilité : La capacité d'être refondus et remodelés rend les thermoplastiques hautement recyclables, réduisant ainsi les déchets et l'impact environnemental.

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Les thermoplastiques

Polyvalence : Les thermoplastiques peuvent être moulés dans une large gamme de formes et de tailles, ce qui les rend adaptés à divers procédés de fabrication, notamment le moulage par injection, l'extrusion et l'impression 3D.

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Les thermoplastiques

Résistance aux chocs : De nombreux thermoplastiques présentent une résistance aux chocs et une flexibilité élevées, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant durabilité et résilience.

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Les thermoplastiques

Léger : En général, les thermoplastiques sont plus légers que les plastiques thermodurcissables, ce qui est avantageux dans les applications où la réduction de poids est importante. Rentabilité : la facilité de traitement et la recyclabilité des thermoplastiques les rendent souvent plus rentables que les plastiques thermodurcissables.

Les Polymères

Les thermoplastiques

Exemples de thermoplastiques: Il existe de nombreux types de thermoplastiques, chacun possédant des propriétés uniques adaptées à des applications techniques spécifiques : Polyéthylène (PE) : largement utilisé dans les emballages, les contenants et les sacs en plastique en raison de sa flexibilité et de sa résistance aux produits chimiques. Polypropylène (PP) : connu pour sa robustesse et sa résistance à la fatigue, il est idéal pour les pièces automobiles, les textiles et les contenants réutilisables. Chlorure de polyvinyle (PVC) : couramment utilisé dans les matériaux de construction, les tuyaux et les dispositifs médicaux en raison de sa durabilité et de sa résistance à la dégradation environnementale. Acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) : Apprécié pour sa solidité et sa résistance aux chocs, l'ABS est fréquemment utilisé dans les composants automobiles, les jouets et les appareils électroniques grand public. Polystyrène (PS) : Souvent utilisé dans les contenants alimentaires jetables, les matériaux d'isolation et d'emballage en raison de sa rigidité et de sa facilité de moulage.

Les Polymères

Les thermoplastiques

Dans le domaine de l'ingénierie de précision, les thermoplastiques sont utilisés pour des composants qui bénéficient de leurs propriétés uniques. Les vis de précision fabriquées à partir de thermoplastiques, par exemple, sont utilisées dans des applications où la flexibilité, la légèreté et la facilité de fabrication sont essentielles. Ces vis sont particulièrement utiles dans l'électronique, les dispositifs médicaux et les biens de consommation, où la précision et la fiabilité sont cruciales. Pièces robotiques moulées par injection fabriquées à partir de thermoplastiques.

Les Polymères

Les Thermoplastiques

Les polymères

Les polyoléfines

Les Polymères

Les polyoléfines "Aller plus loin"

Les Polymères

Les polyamides

Les Polymères

Les polyamides "Aller plus loin"

Les Polymères

Les halogénés

Les Polymères

Les halogénés "Aller plus loin"

Les Polymères

Les halogénés

Les Polymères

Les thermodurcissables

Qu'est-ce qu'une Plastique thermodurcissable? Les plastiques thermodurcissables ou polymères thermodurcissables sont des résines liquides à température ambiante. Ces polymères durcissent lors du chauffage ou de l'ajout de produits chimiques.

Les polymères

Les thermodurcissables

Comment les transformer? Les plastiques thermodurcissables sont généralement produits par moulage par transfert de résine (RTM) ou par moulage par injection-réaction (RIM). Au cours de ce processus, une réticulation se produit entre les polymères du matériau et forme une liaison irréversible et incassable.

Les polymères

Les thermodurcissables

Les propriétés après tranformations: Les thermodurcissables sont très résistants à la corrosion, à la chaleur et au fluage mécanique. En conséquence, ils conviennent parfaitement aux composants nécessitant des propriétés de résistance élevée au poids, des tolérances serrées et une exposition à la chaleur.

Les polymères

Les thermodurcissables

Les propriétés face à la chaleur: Les thermodurcissables qui sont exposés à la température quel que soit le degré, la fusion n'aura pas lieu. Cela aide le matériau à conserver sa forme après avoir été chauffé et façonné des formes spécifiques. Cependant, une surchauffe peut entraîner la dégradation des matériaux alors qu'ils sont encore en phase solide.

Les polymères

Les thermodurcissables

Propriétés générales:

Les polymères

Les thermodurcissables

Comparaisons Thermoplastique/Thermoplastique

Les polymères

Les thermodurcissables

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Les élastomères

L'Élastomère, Matériau Élastique Le terme « élastomère » lui-même est dérivé du mot grec « elastikos », qui signifie « capable de se déformer et de revenir à sa forme d'origine ». Cela décrit parfaitement la caractéristique principale de ces matériaux : leur grande élasticité. Au XIXe siècle, des chercheurs ont découvert que le caoutchouc naturel pouvait subir des déformations importantes sous l'effet d'une pression ou d'une traction, puis retrouver sa forme initiale lorsque la contrainte était relâchée. Cette propriété fascinante a ouvert la voie à de nombreuses applications potentielles.

Les polymères

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Les élastomères

Élastomères Synthétiques Au XXe siècle, des chercheurs ont réussi à synthétiser des élastomères, créant ainsi de nouvelles variétés de matériaux élastiques. Le caoutchouc butyle (IIR) et le caoutchouc styrène-butadiène (SBR) sont parmi les élastomères synthétiques les plus courants. Ces élastomères synthétiques offrent une plus grande variabilité de propriétés et peuvent être formulés pour répondre à des besoins spécifiques dans diverses industries. Ils sont devenus essentiels dans la fabrication de produits tels que les pneumatiques, les pièces automobiles, les produits d'étanchéité, et bien d'autres.

Les polymères

Les polymères

Les élastomères

Caractéristiques des élastomères Les élastomères se distinguent par plusieurs caractéristiques clés : Élasticité exceptionnelle : Les élastomères peuvent subir des déformations importantes, parfois de l'ordre de plusieurs centaines de pour cent de leur longueur initiale, sans subir de dégradation permanente. Ils peuvent retrouver leur forme d'origine une fois la contrainte relâchée. Structure en réticulation : Les élastomères contiennent des liaisons chimiques croisées entre les chaînes polymères. Ces liaisons forment une structure en réticulation tridimensionnelle qui confère à l'élastomère sa capacité élastique. Les élastomères vulcanisés, par exemple, sont obtenus en traitant le matériau avec du soufre, ce qui crée des liaisons croisées entre les chaînes.

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Les polymères

Les élastomères

Caractéristiques des élastomères: Faible module de Young : Le module de Young est une mesure de la rigidité d'un matériau. Les élastomères ont un module de Young relativement faible, ce qui signifie qu'ils sont flexibles et déformables sous faible contrainte. Comportement viscoélastique : Les élastomères présentent également un comportement viscoélastique, ce qui signifie qu'ils combinent des propriétés visqueuses (écoulement lent sous contrainte) et élastiques (retour à la forme d'origine). Cela les rend adaptés à l'absorption des chocs et des vibrations.

Les polymères

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Les élastomères

Principales familles d’élastomères • Caoutchouc naturel (NR) : élasticité exceptionnelle, cristallisation sous contrainte, sensible à l’ozone. • Styrène-butadiène (SBR) : bonne résistance à l’abrasion, utilisé dans les pneus. • Polybutadiène (BR) : élasticité, résistance au froid. • EPDM (éthylène-propylène-diène) : excellente tenue au vieillissement, UV, intempéries. • Silicones (PDMS) : très large plage de température (−60 °C à +250 °C), excellente résistance chimique et hydrolyse. • Polyuréthanes (PU élastomères) : modulables de souples à rigides, mais sensibles à l’hydrolyse

Les polymères

Les polymères

Les élastomères

Les polymères

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