Les polymères techniques comprennent des matériaux naturels tels que le caoutchouc et des matériaux synthétiques tels que les plastiques et les élastomères. Les polymères sont des matériaux très utiles car leurs structures peuvent être modifiées et adaptées pour produire des matériaux 1) avec une gamme de propriétés mécaniques 2) dans un large spectre de couleurs et 3) avec des propriétés transparentes différentes.

Mers

Un polymère est composé de nombreuses molécules simples qui répètent des unités structurelles appelées monomères. Une molécule de polymère unique peut être composée de centaines à un million de monomères et peut avoir une structure linéaire, ramifiée ou en réseau. Des liaisons covalentes retiennent les atomes des molécules de polymère ensemble et des liaisons secondaires retiennent ensuite des groupes de chaînes de polymère ensemble pour former le matériau polymère. Les copolymères sont des polymères composés de deux types de monomères différents ou plus.

Chaînes polymères (Thermoplastiques et thermodurcissables)

Un polymère est une matière organique et l’épine dorsale de chaque matière organique est une chaîne d’atomes de carbone. L’atome de carbone a quatre électrons dans l’enveloppe extérieure. Chacun de ces électrons de valence peut former une liaison covalente à un autre atome de carbone ou à un atome étranger. La clé de la structure du polymère est que deux atomes de carbone peuvent avoir jusqu’à trois liaisons communes et se lier toujours à d’autres atomes. Les éléments les plus fréquemment trouvés dans les polymères et leurs nombres de valence sont: H, F, Cl, Bf et I avec 1 électron de valence; O et S avec 2 électrons de valence; n avec 3 électrons de valence et C et Si avec 4 électrons de valence.

La capacité des molécules à former de longues chaînes est essentielle à la production de polymères. Considérons le matériau polyéthylène, qui est fabriqué à partir de gaz éthane, C2H6. Le gaz éthane a deux atomes de carbone dans la chaîne et chacun des deux atomes de carbone partage deux électrons de valence avec l’autre. Si deux molécules d’éthane sont réunies, l’une des liaisons carbonées de chaque molécule peut être rompue et les deux molécules peuvent être jointes avec une liaison carbone-carbone. Une fois les deux mers jointes, il reste encore deux électrons de valence libres à chaque extrémité de la chaîne pour joindre d’autres mers ou chaînes polymères. Le processus peut continuer à aimer plus de mers et de polymères ensemble jusqu’à ce qu’il soit arrêté par l’ajout d’un produit chimique anthère (un terminateur), qui remplit la liaison disponible à chaque extrémité de la molécule. C’est ce qu’on appelle un polymère linéaire et constitue un bloc de construction pour les polymères thermoplastiques.

La chaîne polymère est souvent représentée en deux dimensions, mais il convient de noter qu’elles ont une structure tridimensionnelle. Chaque liaison est à 109Â ° de la suivante et, par conséquent, le squelette de carbone s’étend dans l’espace comme une chaîne torsadée de TinkerToys. Lorsque des contraintes sont appliquées, ces chaînes s’étirent et l’allongement des polymères peut être des milliers de fois supérieur à celui des structures cristallines.

La longueur de la chaîne polymère est très importante. Au fur et à mesure que le nombre d’atomes de carbone dans la chaîne augmente au-delà de plusieurs centaines, le matériau passera à l’état liquide et deviendra un solide cireux. Lorsque le nombre d’atomes de carbone dans la chaîne est supérieur à 1000, le matériau solide polyéthylène, avec ses caractéristiques de résistance, de flexibilité et de ténacité, est obtenu. Le changement d’état se produit car à mesure que la longueur des molécules augmente, les forces de liaison totales entre les molécules augmentent également.

Il convient également de noter que les molécules ne sont généralement pas droites mais sont une masse emmêlée. Les matériaux thermoplastiques, tels que le polyéthylène, peuvent être représentés comme une masse de vers entrelacés jetés au hasard dans un seau. Les forces de liaison sont le résultat des forces de van der Waals entre les molécules et de l’enchevêtrement mécanique entre les chaînes. Lorsque les thermoplastiques sont chauffés, il y a plus de mouvement moléculaire et les liaisons entre les molécules peuvent être facilement brisées. C’est pourquoi les matériaux thermoplastiques peuvent être refondus.

Il existe un autre groupe de polymères dans lequel un seul grand réseau, au lieu de plusieurs molécules, se forme pendant la polymérisation. Comme la polymérisation est initialement réalisée en chauffant les matières premières et en les saumurant ensemble, ce groupe est appelé polymères thermodurcissables ou plastiques. Pour que ce type de structure de réseau se forme, les mers doivent avoir plus de deux endroits pour que le désossage se produise; sinon, seule une structure linéaire est possible. Ces chaînes forment des structures et des anneaux articulés, et peuvent se replier d’avant en arrière pour prendre une structure partiellement cristalline.

Comme ces matériaux sont essentiellement composés d’une molécule géante, il n’y a pas de mouvement entre les molécules une fois la masse fixée. Les polymères thermodurcissables sont plus rigides et ont généralement une résistance supérieure à celle des polymères thermoplastiques. De plus, comme il n’y a aucune possibilité de mouvement entre les molécules d’un polymère thermodurcissable, elles ne deviendront pas plastiques lorsqu’elles seront chauffées.