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Les Matières Plastiques

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Les Matières Plastiques. Pr. Philippe Chaumont UFR de Chimie-Biochimie Philippe.chaumont@univ-lyon1.fr. Les différents matériaux. Matériaux organiques d’origine naturelle ou synthétique . Matériaux minéraux : verres, ciments, céramiques, métaux.

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Presentation Transcript
les mati res plastiques

Les Matières Plastiques

Pr. Philippe Chaumont

UFR de Chimie-Biochimie

Philippe.chaumont@univ-lyon1.fr

les diff rents mat riaux
Les différents matériaux
  • Matériaux organiques d’origine naturelle ou synthétique.
  • Matériaux minéraux : verres, ciments, céramiques, métaux.
  • Matériaux composites et multi-matériaux.

Exposé de Philippe Chaumont

Exposé d’Alain Domard

Exposé de Myriam Peronnet

les mat riaux organiques
Les matériaux organiques
  • Polymères synthétiques(les « matières plastiques »)
  • Polymèresnaturels
historique
Historique

1838 : découverte de la cellulose (Payen)

1844 : vulcanisation du caoutchouc (Goodyear)

1846 : découverte de la nitrocellulose (Schonbein)

1907 : découverte des caoutchoucs synthétiques (Hofmann)

1910 : découverte de la Bakélite (Baekeland)

A ce moment, on ne sait toujours pas ce que sont les polymères !

historique ii
Historique II

1919 : Staudinger (le père de la science des polymères) introduit la notion de macromolécules puis découvre de nombreux polymères

1933 : Polyéthylène haute pression (Fawcett & Gibson)

1938 : Nylon (Carothers)

L’essor des polymères commence essentiellemententre les deux guerres mondiales

historique iii
Historique III

1942 : théorie des solutions de polymères (Flory & Huggins)

1953 : découverte de la structure en double hélice de l’ADN (Crick & Watson)

1953 : polyéthylène basse pression (Ziegler)

1957 : premiers monocristaux macromoléculaires (Keller)

Etc…

les polym res
Les polymères

Les polymères sont constitués de « macromolécules », c’est à dire de « grosses » molécules, dont la masse molaire peut dépasser 100 000 g/mol, quand une mole d’eau représente 18 g/mol. Une telle macromolécule peut donc contenir des millions d’atomes

Polyéthylène (amorphe)

les macromol cules
Les macromolécules

Ces macromolécules sont formées de la répétition d’un même motif tout au long de la molécule

synth se des polym res
Synthèse des polymères

Monomère(s)

Leur synthèse met en jeux des réactions de polymérisation qui consistent donc à associer ces motifs de répétition par des liaisons covalentes, généralement des liaisons carbone-carbone

polymérisation

Polymère

m thodes de synth se
Méthodes de synthèse
  • Trois grandes méthodes :
  • Par réaction de polymérisation en chaîne (polyaddition)
  • Par réaction de polymérisation par étapes (polycondensation)
  • Par modification chimique d’un autre polymère
synth se par r action en cha ne polyaddition

n

Synthèse par réaction en chaîne (polyaddition)

Éthylène Polyéthylène

Le polyéthylène est souvent utilisé comme film pour emballage

synth se par r action par tapes polycondensation
Synthèse par réaction par étapes (polycondensation)

Réactions « classiques » de la chimie organique, par exemple :

(di)acide + (di)alcool donne ester (+ eau)

Le PET est un polymère utilisé pour les bouteilles (bouteilles d’eau ou de boissons gazeuses)

modification chimique
Modification Chimique

Le poly acétate de vinyle est utilisé comme colle (bois). Transformé (partiellement) en alcool polyvinylique il est utilisé comme agent tensio-actif

nom des polym res
Nom des polymères

La nature chimique du motif de répétition détermine le nom du polymère. Celui-ci est souvent également connu sous un nom commercial (Nylon)

les polym res l tat solide
Les polymères à l’état solide

A l’état solide, les polymères sont totalement à l’état amorphe (comme le verre), ou bien en partie

amorphe et en partie cristallisés. C’est cette structure solide particulière qui est à l’origine de leurs propriétés mécaniques.

les polym res l tat solide16
Les polymères à l’état solide

A cause de la nature macromoléculaire des polymères, ces cristaux sont un peu particuliers, on les appelle des « sphérolites »

place des mat riaux polym res dans l industrie
Place des matériaux polymères dans l’industrie

Industries des biens intermédiaires

Statistiques en 2001

domaines d utilisation
Domaines d’utilisation

emballage

bâtiment transport

habillement médical

électrique, électronique colles, vernis

agriculture

sports, loisirs peintures

utilisation
Utilisation

Emballage : bouteilles, sacs, barquettes, flacons, tubes …

utilisation22
Utilisation

Bâtiment : profilés, revêtements muraux et de sols,

tuyaux, isolation, mobilier …

Tuyaux en PVC

Tuyaux en Polyéthylène

utilisation23
Utilisation

Transport : carrosserie, bateaux, tableaux de bord,

pare-chocs, réservoirs, pneumatiques,

ailes et intérieur d’avion,

pales d’hélicoptères …

utilisation24
Utilisation

Médical : prothèse, cathéters, compte-gouttes,

seringues jetables …

utilisation25
Utilisation

Électrique/Électronique : boîtiers d’ordinateur,

téléphones,

électroménagers …

utilisation26
Utilisation

Agriculture : films, serres, auge …

utilisation27
Utilisation

Sports/Loisirs : patins, skis, jeux, jouets …

du polym re au mat riau
Du polymère au matériau

Formulation

Production

Mise en œuvre

formulation
Formulation
  • Charges
  • Plastifiants
  • Stabilisants (anti-UV, antioxydants)
  • Antistatiques
  • Lubrifiants
  • Antichocs
  • Colorants
  • Pigments
  • Retardateurs de Flamme
formulation charges
Formulation : charges
  • Charges organiques naturelles (farines de bois, d’écorce, fibres végétales)
  • Charges organiques synthétiques
  • Charges minérales, poudre métalliques (craie, silice, talc, argiles, alumine, TiO2)
  • Verres, poudre de verre et fibres de verre
  • Carbone, noir de carbone fibre de carbone
composites
Composites

L’assemblage d’un matériau sous forme de fibre et d’un polymère forme un matériau composite

Fabrication d’un canoë

un peu de science fiction les composites de tr s tr s haute performance
Un peu de science-fiction: les composites de (très très) haute performance

Exemple d’application : l’ascenseur spatial (vers 2050-2100 ?)

Objectif : des fibres ayant une résistance à la traction 60 fois supérieure à celle de l’acier

Le moyen : les composites de nanotubes de Carbone

diff rents types de polym res
Différents types de polymères
  • Thermoplastiques
  • Élastomères
  • Thermodurcissables
mise en uvre des thermoplastiques
Mise en Œuvre des Thermoplastiques

Les thermoplastiques se présentent généralement sous forme de poudres, de granules ou de produits semi-finis tels que des feuilles ou des pellicules.

Ils fondent sous l’effet de la chaleur et sont mis en forme à l’intérieur d’un moule ou d’une filière. L’objet moulé est ensuite solidifié dans la forme voulue au moyen d’un système de refroidissement. Les résidus de matière pouvant être récupérés, on dit alors que le processus de transformation est réversible. Les thermoplastiques sont donc recyclables.

mise en uvre injection

La matière plastique, ramollie et mélangée

par une vis tournant dans un cylindre chauffant, est injectée sous pression dans un moule fermé refroidi par circulation d’eau. La pièce est ensuite éjectée du moule. Ce procédé permet de fabriquer des pièces aux formes complexes.

Exemples de produits : poubelles, sceaux, boutons, contenants, seringues, pièces électroniques et automobiles, stylos

Mise en Œuvre : injection
mise en uvre extrusion

La résine plastique est chauffée et mélangée dans un fourreau où tourne une vis sans fin. La vis pousse la matière à travers une filière qui donne la forme souhaitée à la pièce. Cette dernière est ensuite refroidie en passant dans un conformateur. L’extrusion est un procédé en continu qui permet d’obtenir des pièces en longueur (tuyaux, profilés …)

Exemples de produits : tubes, tuyaux, profilés de fenêtre, revêtements extérieurs, feuilles de thermoformage

Mise en Œuvre : extrusion
mise en uvre extrusion38

Extrusion-gonflage

La matière est extrudée pour former un tube au centre duquel est soufflé de l’air comprimé. Un peu à la manière d’un ballon, cet air gonfle le tube et en amincit la paroi qui devient une fine pellicule. En refroidissant, la pellicule est tirée par des mécanismes de traction et enroulée sur un mandrin.

Exemples de produits : films et pellicules pour sacs

Mise en Œuvre : extrusion
mise en uvre extrusion39

Extrusion-soufflage

La matière est extrudée sous forme de tube dont le centre est vide. Ce tube, appelé la paraison, est enfermé dans un moule et de l’air comprimé y est soufflé. La pression fait gonfler la paraison jusqu’à ce qu’elle épouse la forme du moule. La pièce est alors refroidie et retirée du moule. Ce procédé est utilisé pour fabriquer des pièces creuses.

Exemples de produits : bouteilles d’eau et de boissons gazeuses, bidons d’essence, contenants d’huile à moteur, fûts

Mise en Œuvre : extrusion
mise en uvre thermoformage

La matière, sous forme de feuilles, est chauffée et plaquée sur un moule, par succion ou compression, pour obtenir la forme voulue. Ce procédé en est un de seconde transformation.

Exemples de produits : contenants alimentaires, barquettes, cuves de réfrigérateurs, coques de bateaux, boîtiers, capots, enseignes publicitaires

Mise en Œuvre : thermoformage
mise en uvre rotomoulage

La matière, sous forme de poudre, est déposée dans un moule. Le moule est refermé et mis dans un four où il tourne dans tous les sens. En fondant, la matière vient couvrir toute la surface intérieure du moule. Refroidie, la pièce est démoulée. Le rotomoulage permet de fabriquer des produits creux, de petites et grandes dimensions, en petites séries.

Exemples de produits : cuves, réservoirs, fosses septiques, canots.

Mise en Œuvre : rotomoulage
mise en uvre calandrage

La matière est poussée à travers une série de rouleaux chauffés tournant en sens inverse. En passant entre ces rouleaux, la matière est aplatie, étirée et mise en forme jusqu’à l’obtention d’une feuille ou d’une plaque ayant l’épaisseur désirée. Le calandrage permet d’obtenir des produits plats de grande dimension.

Exemples de produits : revêtement de sols et de murs, nappes.

Mise en Œuvre : calandrage
mise en uvre des thermodurcissables
Mise en Œuvre des Thermodurcissables

Comme leur nom l’indique, les thermodurcissables sont des matières qui durcissent sous l’effet de la chaleur. Ils sont mis en forme dans un moule et l’action de catalyseurs, d’accélérateurs et de chaleur en assurent le durcissement. Les composites font partie de cette famille de matériaux. Une matrice plastique est alors associée à un renfort de fibres (verre, carbone, …) qui chargent et renforcent la matière. On parle aussi de plastiques renforcés de fibres. À l’inverse des thermoplastiques, le processus de transformation des thermodurcissables est irréversible.

mise en uvre m oulage au contact

Une couche de surface, appelée enduit gélifié (« gel coat »), est d’abord appliquée sur un moule préalablement enduit d’un agent de démoulage. Des couches de fibres imprégnées de résine sont ensuite déposées. À l’air ambiant ou par un apport de chaleur, la résine durcit et la pièce est démoulée.

Exemples de produits : cuves, carrosseries, bacs, coques de bateau

Mise en Œuvre : Moulage au contact
mise en uvre rim

Resine Injection Molding

Des produits réactifs et de la fibre sont injectés dans un moule. La réaction entre ces produits forme la résine.

Exemples de produits : éviers, cabines d’automobiles et de camions, coffrets, panneaux, skis,

Mise en Œuvre : RIM
mise en uvre rtm

Resin Transfert Molding

La résine est injectée dans un moule dans lequel la fibre (mat) est préalablement déposée.

Exemples de produits : éviers, cabines d’automobiles et de camions, coffrets, panneaux de signalisation, skis,

Mise en Œuvre : RTM
mise en uvre pultrusion

La fibre, sous forme de fil, est imprégnée de résine et passée dans une filière chauffée qui polymérise le tout. Un profilé rigide, continu, qui peut être taillé aux longueurs désirées, est ainsi formé.

Exemples de produits : profils pour isolants électriques, antennes, articles de sports comme arcs, flèches, cannes à pêche

Mise en Œuvre : Pultrusion
mise en uvre enroulement

La fibre, sous forme de fil, est imprégnée de résine et enroulée, sous tension, sur un mandrin tournant sur son axe. Par des passages répétés, le mandrin est recouvert de fibres. Après polymérisation et retrait du mandrin, on obtient un corps creux.

Exemples de produits :  tubes, oléoducs, citernes, silos, arbres de transmission, pales d’hélicoptères, bouteilles de gaz comprimé.

Mise en Œuvre : Enroulement
recherches d veloppements
Recherches & Développements

Matériaux à Hautes Performances

Recyclage des Matériaux

Matériaux Intelligents

Nanomatériaux et Nanotechnologies

Matériaux pour Applications Médicales

applications m dicales polym res naturels synth tiques
Applications Médicales(polymères naturels & synthétiques)
  • les prothèses
  • les implants dentaires et oculaires
  • les organes artificiels
  • les sutures
  • les tissus synthétiques
  • les greffes
  • les valves cardiaques
  • les dialyseurs et autres appareils médicaux
  • les dispositifs destinés aux diagnostics (puces à ADN)
  • les instruments jetables (ou non)
  • les systèmes de relargage contrôlés de médicaments…
recherches lyon
Recherches à Lyon
  • École Doctorale des Matériaux de Lyon
    • 14 laboratoires reconnus par le CNRS à l’UCBL, à l’INSA, à l’ECL et à l’ENS.
    • 100 étudiants niveau Bac + 5 (DEA)
    • 120 étudiants en Thèse dont 40 financés par une allocation ministérielle
formations mat riaux l ucbl
Formations Matériaux à l’UCBL

Licence

L3 : Unité d’Enseignement Polymère (Philippe Chaumont)

Licences Professionnelles

Plasturgie et Matériaux Composites

(René Fulchiron)

Transformations des métaux

(Myriam Peronnet)

formations mat riaux l ucbl53
Formations Matériaux à l’UCBL

Master de Recherche

Matériaux (Philippe Chaumont)

Masters Professionnels

Industrie des Matériaux (Myriam Peronnet)

Formulation et Chimie Industrielle (Pierre Lantéri)

École d’Ingénieur

ISTIL (Jean-Pierre Puaux)

r f rence
Référence

http://lmpb.univ-lyon1.fr/L1