Les thermoplastiques et les polymères thermodurcissables sont des types de plastiques qui subissent différents processus de production et donnent une variété de propriétés en fonction des matériaux constitutifs et de la méthode de production. Les termes thermoplastique et thermodurcissable signifient comment un matériau est ou peut être traité sous une température modifiée.

La principale différence physique réside dans la façon dont ils réagissent aux températures élevées. Lorsqu’ils sont chauffés à leur point de fusion, les thermoplastiques se ramollissent sous forme liquide. Par conséquent, le processus de durcissement est réversible, ce qui signifie qu’ils peuvent être remoulés et recyclés. D’autre part, les polymères thermodurcissables forment une structure réticulée pendant le processus de durcissement, ce qui les empêche d’être fondus et remoulés.

Par analogie, pensez aux thermodurcissables comme le béton, une fois qu’ils ont pris, ils ne peuvent jamais revenir à la forme liquide (processus irréversible). Alors que les thermoplastiques sont comme l’eau, ils peuvent faire la transition entre la glace et l’eau avec l’application ou l’élimination de la chaleur (processus réversible).

Ici, vous apprendrez:

• Qu’est-ce que les thermoplastiques et les thermodurcissables
• Qu’est-ce que la réticulation et comment elle différencie les thermoplastiques des thermodurcissables
• Propriétés des thermoplastiques et des thermodurcissables
• Traitement des thermoplastiques et des thermodurcissables
• Matériaux et applications technologiques pertinentes

Qu’est-ce que les thermoplastiques?

Un thermoplastique est une résine qui est solide à température ambiante mais qui devient plastique et molle lors du chauffage, s’écoulant en raison de la fusion des cristaux ou en raison du franchissement de la température de transition vitreuse (Tg). Lors du traitement, généralement par moulage par injection ou par soufflage, les thermoplastiques prennent la forme du moule dans lequel ils sont coulés sous forme fondue et refroidissent pour se solidifier dans la forme souhaitée. L’aspect important des thermoplastiques est leur réversibilité, leur capacité à se réchauffer, à fondre à nouveau et à changer de forme. Cela permet un traitement supplémentaire du même matériau, même après avoir été préparé en tant que solide. Des procédés tels que l’extrusion, le thermoformage et le moulage par injection reposent sur un tel comportement de la résine. Certains matériaux thermoplastiques courants comprennent le polyéthylène (PE), le polycarbonate (PC) et le chlorure de polyvinyle (PVC).

Cependant, comme tout autre matériau, les thermoplastiques ont leurs limites. S’il est soumis à des températures extrêmement élevées, le matériau peut se ramollir, se déformer et perdre certaines de ses propriétés physiques.

Que sont les thermodurcissables ?

Une résine thermodurcissable, ou polymère thermodurcissable, est généralement un matériau liquide à température ambiante qui durcit irréversiblement lors du chauffage ou de l’addition chimique. Lorsqu’il est placé dans un moule et chauffé, le thermodurcissable se solidifie dans la forme spécifiée, mais ce processus de solidification comprend la formation de certaines liaisons, appelées réticulations, qui maintiennent les molécules en place et modifient la nature fondamentale du matériau, l’empêchant de fondre. En conséquence, un thermodurcissable, par opposition à un thermoplastique, ne peut pas revenir à sa phase initiale, rendant le processus irréversible. Les thermodurcissables, lors du chauffage, deviennent fixés, fixés sous une forme spécifique. Pendant la surchauffe, les thermodurcissables ont tendance à se dégrader sans entrer dans une phase fluide. Des procédés tels que le moulage par compression, le moulage par transfert de résine, la pultrusion, la mise en place manuelle et l’enroulement filamentaire dépendent du comportement du polymère thermodurcissable. Certains thermodurcissables courants comprennent l’époxy, le polyimide et le phénolique, dont beaucoup sont importants dans les composites.

Qu’est-ce que la réticulation (durcissement)?

Les thermodurcissables et les thermoplastiques diffèrent de différentes manières en termes de comportement, mais toutes ces propriétés divergentes résultent d’une différence fondamentale sous-jacente dans leur structure chimique. Cette différence sous-jacente peut être remarquée dans la façon dont les résines thermodurcissables, sur toute la longueur de leur chaîne polymère, présentent des taches particulières qui peuvent être activées chimiquement pour participer aux réactions de liaison chimique avec les molécules polymères voisines. Comme tous les thermodurcissables portent de telles taches chimiquement réactives, il arrive souvent que toutes sortes de thermodurcissables aient tendance à se connecter les unes aux autres. Un tel processus de formation de liaisons chimiques entre différentes molécules thermodurcissables est appelé réticulation (ou durcissement). Lors du durcissement, les réticulations formées empêchent non seulement les molécules de polymère de se déplacer, mais les atomes à l’intérieur de ces molécules sont également entravés dans une plus grande mesure que les attractions intermoléculaires.

Une autre façon d’observer la différence de comportement entre les thermodurcissables et les thermoplastiques est via leur poids moléculaire. Lorsque nous comparons les deux types de polymères, les thermodurcissables se distinguent par la façon dont leur poids moléculaire augmente considérablement lors du durcissement. Les thermoplastiques sont connus pour avoir des valeurs de poids moléculaire plus élevées que les thermodurcissables non durcis. Cependant, lorsque la réticulation se produit entre deux thermodurcissables, un réseau polymère est formé d’un poids moléculaire presque le double du poids lorsque les deux étaient séparés. À mesure que le nombre de molécules liées augmente, le poids moléculaire continue d’augmenter, dépassant celui des thermoplastiques. Cette augmentation drastique du poids moléculaire provoque des changements majeurs dans les propriétés du matériau, tels qu’une augmentation du point de fusion. Avec une augmentation continue du poids moléculaire due à la réticulation, le point de fusion peut augmenter et atteindre un point qui dépasse le point de décomposition. Dans ce cas, un polymère thermodurcissable aurait un poids moléculaire très élevé qu’il se décomposerait avant de pouvoir fondre, ce qui définit pourquoi le traitement thermodurcissable est irréversible.

Propriétés des thermoplastiques par rapport aux thermodurcissables

Les thermoplastiques offrent généralement une résistance élevée, une flexibilité et une résistance au retrait, selon le type de résine (le polymère sous forme liquide fondue). Ce sont des matériaux polyvalents qui peuvent être utilisés pour tout, des sacs de transport en plastique aux roulements à haute contrainte et aux pièces mécaniques de précision.

Les thermodurcissables offrent généralement une résistance chimique et thermique plus élevée, ainsi qu’une structure plus solide qui ne se déforme pas facilement.

Voici une liste montrant la différence entre les thermoplastiques et les thermodurcissables en termes de caractéristiques et de propriétés. Notez l’effet de la réticulation en tant que facteur sous-jacent dans la divergence de ces matériaux les uns des autres.

Tableau 1: Thermoplastiques vs thermodurcissables

Traitement des thermoplastiques par rapport aux thermodurcissables

Traitement des thermoplastiques

Thermoplastiques peut être traité dans une variété de méthodes, y compris le moulage par extrusion, le moulage par injection, le thermoformage et le formage sous vide.

Le matériau granulaire est introduit dans le moule, généralement sous la forme de granulés sphériques d’environ 3 mm de diamètre. Ces granulés sont ensuite chauffés jusqu’au point de fusion, ce qui nécessite des températures très élevées.

Comme les thermoplastiques sont des isolants thermiques très efficaces, le refroidissement pendant le processus de durcissement prend plus de temps que les autres plastiques. Par conséquent, un refroidissement rapide est entrepris pour atteindre un débit de sortie élevé, généralement en pulvérisant de l’eau froide ou en plongeant dans des bains d’eau. Pour refroidir les films plastiques thermoplastiques, de l’air froid est soufflé sur la surface. Le plastique rétrécit lors du refroidissement, variant entre un taux de retrait de 0,6% à 4% selon le matériau. La vitesse de refroidissement et de retrait a un effet distinct sur la cristallisation du matériau et de la structure interne, c’est pourquoi la vitesse de retrait est toujours spécifiée pour les thermoplastiques.

Traitement des polymères thermodurcissables

Les résines thermodurcissables sont traitées sous leur forme liquide sous la chaleur. Le processus de durcissement consiste à ajouter des agents de durcissement, des inhibiteurs, des durcisseurs ou des plastifiants à la résine et des renforts ou des charges, en fonction du résultat requis.

Les résines thermodurcissables les plus couramment utilisées comprennent:

• Epoxy
• Polyester
• Phénolique
• Silicone
• Polyuréthane
• Polyamide

Traitement des composites polymères thermodurcissables

Les composites polymères thermodurcissables sont fabriqués à l’aide d’un procédé de stratification, qui lie des résines telles que l’époxy, le silicone, la mélamine, etc. avec des matériaux de base de renfort tels que le verre, le lin et le graphite.

Avant durcissement, le substrat de renfort est plongé dans le liant de résine sous sa forme liquéfiée. Une fois liées, les feuilles de matériau sont passées à travers un four pour les durcir partiellement. Plusieurs feuilles sont ensuite empilées à l’épaisseur requise, chauffées et pressées ensemble pour former un stratifié. Alternativement, les feuilles peuvent être enveloppées ensemble et chauffées pour créer des tiges.

Matériaux thermoplastiques et thermodurcissables et leurs applications

Types de thermoplastiques et leurs applications

Chlorure de polyvinyle (PVC)

Polypropylène

atériau dur qui se raye assez facilement, avec une excellente résistance chimique, utilisé pour les équipements médicaux et de laboratoire, la ficelle, la corde et les ustensiles de cuisine

Types of thermosetting polymers and their applications