Charges

On désigne sous le nom général de charge toute substance inerte, minérale ou végétale qui, ajoutée à un polymère de base, permet de modifier de manière sensible les propriétés mécaniques, électriques ou thermiques, d’améliorer l’aspect de surface ou bien, simplement, de réduire le prix de revient du matériau transformé.

Pour les matières thermoplastiques, les charges ne sont pas des adjuvants indispensables et peu en contenaient avant 1950. Leur utilisation a pris un essor considérable ces dernières années.

Les matières thermodurcissables ont toujours contenu des charges de nature et de forme variées, à des taux souvent élevés pouvant atteindre 60 % en masse.

Pour un polymère donné, le choix d’une charge est déterminé en fonction des modifications recherchées pour l’objet fini. Mais, d’une manière générale, les substances utilisables comme charges des matières plastiques devront d’abord satisfaire à un certain nombre d’exigences énoncées ci-après.

• Compatibilité avec la résine de base : non-toxicité, absence de coloration ou d’impuretés gênantes, neutralité et inertie chimiques, stabilité à la chaleur et à la lumière, faible absorption d’eau, aucune influence sur la stabilité du polymère ou sa couleur.

• Mouillabilité : bonne répartition des poudres dans la matrice polymérique ou adhérence des fibres à la résine de base.

• Uniformité de qualité et de granulométrie.

• Faible action abrasive sur l’outillage de mise en œuvre.

• Bas prix de revient (sauf pour des applications bien spécifiques de haute performance : pour l’industrie aéronautique, par exemple).

  Les charges réunissant l’ensemble de ces qualités sont rares, mais on peut toutefois pallier certains défauts par traitement spécial de la charge ou utilisation d’agents de couplage appropriés.

  Comme les plastifiants, les charges se distinguent des autres adjuvants (rubrique Adjuvants et renforts des plastiques) par :

  • un taux d’incorporation beaucoup plus élevé, allant de quelques pour-cent à plus de 100 % (dans certains plastisols par exemple) ;

  • par un mode d’action plutôt physico-mécanique que chimique, au sein de la résine.

  Généralement, les charges sphériques ou sphéroïdales ont une faible action interfaciale avec la matrice polymérique et se comportent comme des agents d’extension inertes, qui remplacent par effet de masse un certain volume de polymère dans le matériau plastique. Ainsi, les poudres et les farines, bon marché, ont un intérêt économique. Ces charges réduisent le coût de l’opération de moulage, diminuent le retrait, améliorent quelquefois la résistance mécanique du matériau (en particulier en compression).

  Au contraire, les charges fibreuses donnent lieu à une interaction importante entre leur surface et la matrice polymérique, et jouent donc (à l’exception des fibres végétales, § 2.1.4) le rôle de renfort de la matière plastique. Elles améliorent la résistance à la rupture, augmentent la rigidité et assurent une meilleure conservation de ces propriétés à température élevée. On les appelle souvent charges renforçantes ou agents de renforcement. Elles feront l’objet d’articles séparés dans le présent traité.

  Les charges minérales permettent souvent l’amélioration des propriétés diélectriques, l’augmentation de la résistance à la chaleur et à l’humidité, l’augmentation de la densité de la matière à mouler et la diminution du retrait.