Présentation
Auteur(s)
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Michel BIRON : Ingénieur de l’Institut national supérieur de chimie industrielle de Rouen (INSCIR) et de l’Institut français du Caoutchouc (IFC) - Consultant
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Lire l’articleINTRODUCTION
Entre les thermoplastiques à mise en œuvre aisée mais à propriétés élas-tiques restreintes, et les élastomères aux propriétés élastiques remarquables, mais à mise en œuvre plus complexe, des matériaux intermédiaires ont fait leur apparition, les élastomères thermoplastiques ; TPE (ThermoPlastic Elastomer). Ils constituent une famille de matériaux relativement récents (apparition du concept dans les années 1960) et, de par leur structure hétérogène constituée de domaines souples et rigides, ils se situent à mi-chemin (figure A) :
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des caoutchoucs ou élastomères réticulés irréversiblement pour leur conférer élasticité (déformation réversible sous contrainte) et souplesse ;
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et des thermoplastiques : thermoplasticité réversible, plasticité (déformation irréversible sous contrainte), souplesse ou rigidité.
Les TPE offrent une combinaison de propriétés particulières :
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élasticité, limitée à un domaine de températures modérées inférieures aux températures de ramollissement des domaines rigides ;
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facilité de mise en œuvre des thermoplastiques, sans vulcanisation ;
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facilité de recyclage des déchets de thermoplastiques.
En fait, il n’existe pas de frontière définie entre thermoplastiques et TPE mais une continuité. Par contre, si les propriétés des TPE s’approchent de certaines propriétés des élastomères, il y a discontinuité au niveau des morphologies et mises en œuvre.
Le développement des TPE est encore limité mais le taux de croissance est supérieur à ceux des thermoplastiques et des caoutchoucs. Le grand intérêt des TPE pour les plasturgistes réside dans le fait que leur matériel : presses à injection, extrudeuses..., et leur expérience de la mise en œuvre des thermoplastiques leur permet d’accéder au marché des élastomères.
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- Version courante de oct. 2012 par Michel BIRON
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Monographies3. Concepts et propriétés de base
3.1 Concepts de base
Les élastomères dans leur état définitif ont une structure tridimensionnelle obtenue par réaction chimique provoquée après (extrusion, calandrage) ou pendant la mise en forme (moulage par compression ou par injection par exemple) (figure 1 a).
Au contraire, les chaînes des polymères thermoplastiques restent isolées les unes des autres (figure 1 b).
Les TPE ont une structure intermédiaire qui se rattache à l’un des deux modèles suivants :
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Existence dans la même macromolécule de segments souples et de segments rigides (figure 1 c). Ces derniers s’arrangent en domaines rigides constituant les « nœuds » réver-sibles d’un réseau physique, par exemple les styrène-butadiène-styrène ou SBS. Les segments rigides et souples peuvent être disposés linéairement ou en étoile ou branchés (figure 1 d ). Les liaisons physiques des domaines rigides se relâchent puis disparaissent quand la température augmente, permettant la mise en forme suivant les techniques utilisées pour les thermoplastiques. L’élasticité est donnée par les segments souples qui alternent avec les segments rigides (tableau 2).
Les propriétés pour deux monomères donnés dépendront des longueurs des segments, de la configuration des macromolécules (linéaires, étoilées, branchées), du rapport des segments rigides et souples, de la masse moléculaire.
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Existence d’une phase élastomère souple, réticulée ou non, dispersée dans une phase continue thermoplastique rigide (figure 1 e). Cette phase continue permet la mise en forme suivant les techniques utilisées pour les thermoplastiques. La phase élastomère, réticulée ou non, donne l’élasticité.
Si la phase élastomère est vulcanisée dynamiquement le suffixe VD (vulcanisation dynamique) est souvent rajouté à l’abréviation.
Les propriétés pour deux polymères donnés dépendent du diamètre des particules, de...
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