Thermoplastique
Une matière thermoplastique désigne une matière qui se ramollit (parfois on observe une fusion franche) d'une façon répétée lorsqu'elle est chauffée au-dessus d'une certaine température, mais qui, au-dessous, redevient dure. Une telle matière conservera donc toujours de manière réversible sa thermoplasticité initiale. Cette qualité rend le matériau thermoplastique potentiellement recyclable (après broyage). Cela implique que la matière ramollie ne soit pas thermiquement dégradée et que les contraintes mécaniques de cisaillement introduites par un procédé de mise en forme ne modifient pas la structure moléculaire.
C'est le cas du verre, des métaux et en général des macromolécules monodimensionnelles (issues de monomères bivalents), à structure linéaire ou ramifiée, de la chimie organique (par exemple, PE, PVC et PA).
L'état de ramollissement permet leur déformation sous l'action de contraintes mécaniques, cette déformation étant figée par le refroidissement.
Polymères thermoplastiques
Généralités
Le degré de polymérisation (DP ou n, directement proportionnel à la masse molaire du polymère) conditionne d'une part l'aptitude à la mise en œuvre sur machines (qui dépend de la viscosité), et d'autre part les propriétés mécaniques et thermiques du produit fini[1].
La structure moléculaire des polymères thermoplastiques solides est soit amorphe (non organisée) (ex. : PS, PMMA et PC), soit cristalline (organisée, dans laquelle les chaînes sont alignées). Les propriétés mécaniques et thermiques sont meilleures dans le second cas. Ces deux structures peuvent coexister en proportions variables, le polymère correspondant est dit semi-cristallin et caractérisé par un taux de cristallinité. La présence de cristallinité dans les matériaux capables de cristalliser (tels le PE, PP et PA) dépend beaucoup de leur histoire thermique et donc des conditions de mise en œuvre utilisées pour fabriquer l'objet moulé.
Certains plastiques thermoplastiques peuvent présenter partiellement des structures tridimensionnelles (ex. : PS faiblement réticulé) ; le polymère semi-thermoplaste est alors dur, moins soluble, plus résistant au fluage, mais plus fragile.
Dépendance de la température
Une élévation de température entraîne une séparation des longues chaînes moléculaires. Le passage du matériau de l'état solide à l'état liquide visqueux s'effectue lorsque l'agitation thermique rompt les « liaisons faibles » (liaisons physiques, par exemple interactions moléculaires de faible (van der Waals) ou de moyenne énergie (liaisons hydrogène)) entre deux segments macromoléculaires contigus sans affecter les liaisons covalentes caténaires[2]. Ce mécanisme est réversible (le liquide visqueux se solidifie par refroidissement car les chaînes se rapprochent, créant un retrait plus ou moins prononcé) : la matière est thermoplastique. Les matériaux semi-cristallins montrent un retrait général[3] supérieur à celui des amorphes[4].
La température de transition vitreuse (Tv) correspond à la rupture des (peu nombreuses) liaisons faibles intercaténaires dans la phase amorphe. Elle est toujours inférieure à la température de fusion (Tf) qui correspond à la disparition des (nombreuses) liaisons faibles intercaténaires dans la phase cristalline.
Applications
bite dans ton cul
- L'essai de traction est le moyen le plus simple de caractérisation de la résistance mécanique d'un polymère.
- Caténaire : relatif à la chaîne principale de la macromolécule.
- Retrait (« immédiat », se produisant lors du moulage et durant (environ) les deux heures suivantes) plus post-retrait (différé, se produisant sur plusieurs mois).
- Les renforts (tels la fibre de verre) et les charges (craie, talc, etc.) améliorent la tenue thermique et diminuent le retrait (c'est-à-dire amélioration de la stabilité dimensionnelle).
- Le PA-6 (polycaprolactame) appartient à la famille des polymères thermoplastiques techniques (ceux-ci possèdent des caractéristiques mécaniques élevées et sont très onéreux).