Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les TPE (Thermo Plastic Elastomer) suivent les courants traditionnels d'évolution de l'industrie des matières plastiques. Sont présentées l’amélioration des performances grâce aux Super-TPE, ainsi que l’utilisation des ressources renouvelables à l'aide des bio-TPE intégrant des molécules, charges et fibres issus de ressources renouvelables ou alliant bio-TPE et plastiques d'origine fossile. Pour réussir dans l'utilisation des TPE, le choix d'un matériau ne doit être qu'une des étapes d'une démarche globale adaptée aux différentes spécificités. Cette démarche intervient, depuis la conception jusqu'à la finition, par le choix et la simplification des étapes de fabrication par l'intégration de fonctions, la co-transformation et l'automatisation afin de réduire les coûts.
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TPE is following the traditional trends of the development of the plastic material industry thanks to Super TPEs and the use of renewable resources with bio-TPE incorporating molecules, fillers, fibers, etc. derived from renewable resources or by combining bio-TPE and plastics of fossil origin. To succeed in TPE use selection of material must be one of the stages in a global approach adapted to different characteristics. This approach works from conception up to ready-to-use products by integration of functions, co-transformation and automation finally to reduce costs.
Auteur(s)
-
Michel BIRON : Ingénieur de l'Institut national supérieur de chimie industrielle de Rouen (INSCIR) et de l'Institut français du caoutchouc (IFC) - Consultant
INTRODUCTION
Les élastomères thermoplastiques TPE suivent les grands courants actuels de l'industrie des matières plastiques : amélioration des performances, utilisation de produits issus de sources renouvelables, diminution des coûts. Ils font l'objet d'un premier dossier [AM 3 400].
L'amélioration des performances passe par l'utilisation de TPE d'ingénierie et de nouveaux TPE regroupés sous le terme de super-TPE. Ceux-ci conservent les avantages fondamentaux des TPE et TPV permettant la fabrication sur des équipements classiques pour thermoplastiques avec des débits beaucoup plus importants que ceux atteints avec les caoutchoucs vulcanisés conventionnels. En outre, ils combinent les avantages d'élastomères vulcanisés de haute performance avec ceux de plastiques d'ingénierie. Généralement conçus pour résister à une exposition prolongée à la chaleur et à des environnements agressifs, ils se situent entre les plastiques techniques et les caoutchoucs spéciaux. Cependant, il faut être conscient que les super-TPE ne peuvent pas remplacer tous les caoutchoucs vulcanisables dans toutes les applications. Les pneumatiques pour l'automobile, par exemple, ne font pas partie de leur domaine d'utilisation.
Il faut remarquer qu'il n'y a pas de frontière nette entre TPE et super-TPE. Certains copolyesters et polyéther bloc amides pourraient ainsi être classés dans les super-TPE.
Les bio-TPE sont produits à partir de sources renouvelables en empruntant plusieurs routes :
-
les polyéther-bloc-amides, les copolyesters ou encore les polyuréthanes thermoplastiques intégrant des molécules issues de plantes dans leurs chaînes macromoléculaires ;
-
des TPE intégrant des additifs, charges, fibres etc. issus de ressources renouvelables ;
-
des alliages de biopolymères et de plastiques d'origine fossile ;
-
des TPE issus de la technologie supramoléculaire.
Il est important de remarquer que les taux massiques de carbone renouvelable peuvent varier d'environ 20 % à pratiquement 100%, le complément étant d'origine fossile.
Le choix d'un TPE n'est qu'un des éléments du problème. Pour réussir dans l'utilisation des TPE, il faut utiliser au mieux leurs qualités et minimiser leurs défauts en adoptant une démarche globale adaptée.
En plus des règles générales de conception, notamment la juste évaluation des exigences à satisfaire, la conception finale doit être le fruit d'itérations prenant en compte :
-
les possibilités d'intégration du TPE dans la chaîne de fabrication du dispositif final à fabriquer ;
-
les possibilités d'intégration des différentes étapes de fabrication du TPE de façon à tendre vers un procédé en ligne totalement intégré de la matière première jusqu'au produit final emballé et contrôlé ;
-
les propriétés mécaniques exceptionnelles de certaines familles y compris en sollicitations dynamiques ;
-
le large choix de procédés, y compris le soufflage, thermoformage, soudage et la cotransformation adaptés aux cadences de production visées ;
-
les qualités sensorielles particulières pouvant conduire à la suppression d'étapes de finition et pouvant contribuer à la personnalisation des produits finis ;
-
la possibilité de recycler plus facilement les déchets de production et de fin de vie.
Bien sûr, la conception doit également tenir compte des inconvénients des TPE comme :
-
la thermoplasticité avec ses conséquences sur le fluage et la relaxation d'autant que la température s'élève ;
-
le prix matière qui doit être compensé par les économies de matières et de coûts de production.
Les taux et pourcentages, rencontrés dans ce texte, sont sauf indication contraire, massiques.
L'expertise technique et scientifique de référence
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TPE et développement durable
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1. Monographies
1.1 Élastomères thermoplastiques polyuréthannes (TPU ou TPE-U)
Les polyuréthannes thermoplastiques sont constitués de séquences rigides polyuréthannes et de séquences souples polyesters ou polyéthers. En général, les polyesters ont de meilleures propriétés mécaniques et une bonne résistance chimique, alors que les polyéthers sont plus résistants à l'hydrolyse et aux attaques biologiques.
Les TPU font partie des élastomères thermoplastiques utilisés avec un renforcement de fibres de verre, ce qui leur confère une rigidité élevée et des applications qui sortent des emplois habituels des élastomères.
Les TPU sont commercialisés prêts à l'emploi sous forme de nombreux grades : résistance améliorée à l'hydrolyse, aux micro-organismes et aux huiles, ignifugés, renforcés fibres de verre, alimentaires, transparents, pour film, pour adhésifs.
Des TPU contenant des proportions variables de carbone issu de ressources renouvelables sont proposés.
Exemples des noms commerciaux : voir tableau 1.
Les TPU sont obtenus par copolymérisation de séquences rigides de copolymères de diol et isocyanate et de séquences souples de polyesters ou polyéthers.
Les propriétés, dont la dureté qui sert souvent à la dénomination des grades, varient fortement en fonction :
-
de la nature des segments souples : polyesters, polyéthers, polycarbonates, polycaprolactones ;
-
de la nature des segments polyuréthannes ;
-
de la longueur des segments souples ;
-
du rapport segments souples/segments rigides.
Les TPU sont présentés prêts à l'emploi dans une grande variété de grades.
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Monographies
BIBLIOGRAPHIE
NORMES
-
Plastiques. Élastomères thermoplastiques à base de polyester/ester et polyéther/ester, pour moulage et extrusion. Partie 2 : préparation des éprouvettes et détermination des propriétés - ISO 14910-2 - 12-97
-
Caoutchouc : Vocabulaire - NF ISO 1382 - 2007
-
Élastomères thermoplastiques – Nomenclature et termes abrégés - NF EN ISO 18064 - 08-05
-
Plastiques – Élastomères thermoplastiques à base de polyester/ester et polyéther/ester, pour moulage et extrusion – Partie 2 : préparation des éprouvettes et détermination des propriétés - PR NF EN ISO 14910-2 - 07-10
-
Standard Practice for Thermoplastic Elastomers Terminology and Abbreviations - ASTM D5538-07 -
-
Standard Classification System for Highly Crosslinked Thermoplastic Vulcanizates (HCTPVs) Based on ASTM Standard Test Methods - ASTM D6338-10 -
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
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1.2 Documentation – Formation – Séminaire (liste non exhaustive)
Stage de formation. Les élastomères thermoplastiques. IFOCA : matériaux, propriétés, mise en œuvre.
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