Cours no 10 Matériaux et techniques

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1 ours no 10 Matériaux et techniques Matière plastique Une matière plastique est essentiellement constituée de macromolécules (ou polymères). est généralement une matière qui peut être moulée. Macromolécule, polymère Une macromolécule est une molécule géante (constitué de plus de mille atomes). Dans le cas des matières plastiques, on parlera de polymères. La figure suivante est une représentation schématique de deux molécules de polyéthylène. Les chaines moléculaires sont liées l une par rapport à l autre par des liens faibles. Mais comme il s agit de polymère ce type de lien se répète des centaines de fois ce qui permet de créer un solide. Parce qu ils ne sont pas liés par des liens forts, les chaines des thermoplastiques glissent facilement l une par rapport à l autre s ils sont exposés à la chaleur. est pourquoi on les appelle thermoplastiques. Pour une définition plus complète concernant les polymères, consultez le site de l Association canadienne de l industrie des plastiques ( Un polymère thermoplastique peut être amorphe ou semicristallin. On dit semi-cristallin parce qu un polymère thermoplastique aura toujours des ensembles de molécules disposés aléatoirement. Une matière plastique translucide est généralement semi-cristalline et une matière transparente est toujours amorphe. La figure suivante représente schématiquement une organisation cristalline à en bas à gauche et une disposition amorphe en haut à droite. Polymérisation La polymérisation consiste à unir ensemble des monomères pour former des polymères. Les termes «polymère», «plastique» et «résine de synthèse» sont synonymes. Exemple de polymérisation Éthylène Polyéthylène Familles de matières plastiques Il existe deux grandes familles de matière plastique : Les thermoplastiques ; Les thermodurcissables. Les thermoplastiques La majorité des objets courants qui nous entourent sont faits (entièrement ou partiellement) à partir de matières thermoplastiques. Au niveau moléculaire, les thermoplastiques sont constitués de polymères organisés de façon linéaire. est-à-dire que les atomes sont disposés à la façon d une chaine. Les atomes de carbone jouent le rôle de maillon de la chaine (sauf pour le silicone où c est ici le silicium qui joue ce rôle). D autres atomes complètent la chaine latéralement ou même comme maillon intermédiaire. Le plus courant de ces atomes est l hydrogène, mais on peut retrouver de l oxygène, du chlore, du fluor, de l azote, etc. Une bouteille de polyester est transparente. Pourtant, si on l expose à la chaleur avant de la refroidir lentement la bouteille deviendra translucide (presque blanche opaque) parce que l on aura donné l occasion aux molécules de se réorganiser en cristaux. Parce qu ils peuvent être fondus et remis en forme, les thermoplastiques sont des matières considérées comme recyclables. De nos jours, toutes les matières plastiques courantes que l on manipule (et jette) tous les jours (polymères de grande diffusion ou polymères industriels) ainsi que la majorité des matières plastiques à haute performance (polymères techniques) sont des thermoplastiques. 1

2 Normalement un designer industriel doit connaitre par cxur la liste et l usage des matières plastiques courantes en plus de connaitre les principaux thermoplastiques techniques. La liste suivante donne les thermoplastiques courant ainsi que le symbole de recyclage correspondant. ommencez à apprendre à les identifier et observer l usage que l on en fait. À la fin de vos études, il est impératif que vous ayez une bonne connaissance qualitative de ces matériaux. Prenez note que certains polyesters thermoplastiques sont considérés parfois comme des polymères techniques. Symboles pour le recyclage des thermoplastiques : 1 PETE 2 DPE 3 PV 4 LDPE 5 PP 6 PS 7 OTER Téréphtalate de polyéthylène (PET) ; Polyéthylène haute densité (DPE) ; hlorure de polyvinyle (PV) aussi appelé vinyle (V) ; Polyéthylène basse densité (LDPE) ; Polypropylène (PP) ; Polystyrène (PS) ; Autres matières plastiques et mélanges. Les principaux thermoplastiques techniques utilisés par les designers industriels sont l ABS (acrylonitrile butadiène styrène), le polycarbonate (ou Lexan) (P), le polyamide (ou nylon) (PA), l acétal (ou polyoxyméthylène) (POM) et l acrylique (ou Plexiglas Polyméthacrylate de Méthyle) (PMMA). ABS thermoplastique acrylonitrile butadiène styrène Les thermodurcissables Beaucoup de matières plastiques sont faites de thermodurcissables, mais, outre les mousses, les résines de formaldéhyde de phénol (bakélite utilisée pour faire des manches de poêle), le formaldéhyde de mélamine (FM) (la mélamine utilisée pour réaliser la surface des feuilles de cuisines et certains instruments de cuisine «incassable») et les polyesters thermodurcissables utilisés pour réaliser des composites (avec de la fibre de verre) leurs applications en design industriel sont relativement limitées. Les thermodurcissables sont souvent utilisés pour leurs résistances à la chaleur. On les retrouvera dans des pièces exposées à la chaleur ou près de composant électrique générant de la chaleur. Bien qu il existe des élastomères thermoplastiques, les plus résistants sont en thermodurcissables (notons le caoutchouc naturel et la Silicone). ontrairement au thermoplastique, les thermodurcissables ne peuvent être fondus, ils ne peuvent donc pas être récupérés comme les thermoplastiques. ela est dû à l organisation moléculaire que l on dit tridimensionnelle. est-à-dire que les atomes forment des liens dans toutes les directions. La figure suivante est une représentation schématique d une résine de formaldéhyde de phénol. Pour adapter la matière à une fonction particulière, on y ajoutera des adjuvants (un adjuvant est un additif qui améliore les propriétés). Par exemples, on peut rendre une matière plastique plus résistante au rayonnement ultraviolet du jour en lui ajoutant du noir de carbone, on peut rendre le PV souple en lui ajoutant du plastifiant et on peut faire résister un polypropylène à une charge constante en lui ajoutant des renforts de fibre de verre. En plus de l énumération des matières plastiques donnée plus haut (et qui est incomplète) il est parfois possible d utiliser des mélanges. On parle alors de multi phase. Il existe aussi des matières thermoplastiques élastomères. Bref, vous aurez fort à faire au cours des prochaines sessions pour vous familiariser avec toutes ces matières. Il importe de faire la distinction entre un mélange (multi phase de P et PET par exemple) et un copolymère dont les différents monomères sont liés ensemble par des liens covalents sur la même chaine moléculaire. La figure suivante illustre schématiquement un copolymère d ABS. Puisqu il s agit d une organisation tridimensionnelle, on peut dire de la poignée de casserole (moulée par compression) qu il s agit d une seule molécule (en excluant les adjuvants et les éléments de remplissage).

3 Procédé de fabrication omme pour les métaux, les produits en matières plastiques peuvent être fabriqués par enlèvement de matière, pliage et soudage. es techniques de transformation demeurent cependant marginales. Généralement on utilisera des procédés de mise en forme permettant de réaliser des séries importantes. Mise en forme des matières thermoplastiques Pour les matières thermoplastiques, on emploiera principalement les procédés suivants : L injection ; L extrusion ; L extrusion soufflage ; L injection soufflage ; Le thermoformage ; Le rotomoulage. Moulage par injection Moulage par extrusion soufflage Pression d air Extrusion

4 Moulage par injection soufflage Exposée à la chaleur, une pièce fabriquée par thermoformage ne passera pas directement de l état solide à l état liquide, mais elle reprendra la forme d une feuille. À gauche, la pièce devient minuscule quand elle est exposée à la chaleur parce que la feuille qui a servi au thermoformage a été préalablement calandrée. À droite, la pièce a repris la forme d une feuille et a rapetissé dans une seule direction. ela indique que la feuille initiale a probablement été étirée dans une direction après avoir été extrudée. e phénomène s explique par la forme linéaire des molécules des polymères qui se comportent comme des ressorts qui ont la possibilité de se détendre au fur et à mesure de leurs expositions à la chaleur. Rotomoulage Thermoformage

5 Mise en forme des matières thermodurcissable omme pour les matières thermoplastiques, il existe de nombreux procédés permettant la mise en forme des matières thermodurcissable. Mais puisque leurs utilisations sont plus limitées nous nous contenterons de ne représenter que le moulage par compression. Moulage par compression Bayer MaterialScience ( ; Basf, PlasticsPortal Global ome ( net) ; Eastman ( ; Dupont, Plastics (www2.dupont.com/plastics) ; Dow, Plastics (plastics.dow.com). lassification À cause de leur grande variété et du savoir-faire nécessaire pour les produire, il n existe pas de normalisation concernant la classification des matières plastiques à l exception des abréviations standardisées existantes pour la majorité des matières plastiques. Une abréviation est insuffisante pour décrire une matière plastique. Par exemple, le polystyrène existe en plusieurs dizaines de variétés et la numérotation de ces variétés est totalement différente d une compagnie à une autre. On doit donc spécifier une matière plastique à partir de la nomenclature donnée par un fournisseur. Pour ne pas se restreindre à ce fournisseur, il est toujours possible d ajouter la mention «ou équivalent» à côté du numéro du produit. On peut s initier au monde des plastiques en consultant ces différents sites : Le Musée du Plastique Sandretto (museo.cannon. com/museonew/france) ; National Plastics enter ( ; GE Plastics résine ( ;