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L’appellation « polymère » regroupe une large gamme de matières plastiques et autres matériaux d'origine organique. Les plastiques sont les plus connus dans le domaine industriels et sont aussi séparés en plusieurs classifications, puis eux-mêmes divisés en sous-familles. Il est important avant d’aborder la mise en œuvre ou le recyclage d'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.
Il est important de signaler que les caractéristiques des polymères plastiques sont très sensibles et dépendent de la température, de la vitesse de sollicitation et de la déformation. Les classifications selon les critères physiques correspondent au comportement que l'on observe à température ambiante.
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 : (polycondensation : Nylons, polyuréthanes et polyesters ; polyaddition : polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC) et le polystyrène (PS)). (n'est pas détaillé das cet article)
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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)
Le comportement mécanique : élastomères
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 copolymères 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.
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.
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.
Comportement mécanique : élastomères et plastomères
Un élastomère est un polymère présentant des propriétés « élastiques ». Il supporte de très grandes déformations avant rupture. Cette propriété apparait clairement dans les polymères « caoutchoucs », qui est usuellement utilisée comme un synonyme d'élastomère.
Un élastomère supporte de très grandes déformations (jusqu'à environ 1 000 %) avant rupture, presque totalement réversibles. Au contraire, un polymère rigide, s'il est déformé jusqu'à 100 % gardera une déformation importante : il est qualifié d'« élasto-plastique » ou "plastomère".
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