Article de référence | Réf : AM3370 v1

Propriétés
Feuilles et films de polyuréthanne thermoplastique (TPU)

Auteur(s) : David COLLETTE

Date de publication : 10 avr. 2000

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Auteur(s)

  • David COLLETTE : Directeur technique de la Stevens Urethane, division de JPS Elastomerics Corp

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INTRODUCTION

Alors que le polyuréthanne thermoplastique est reconnu depuis longtemps pour ses hautes performances, c’est seulement aujourd’hui que l’on commence à entrevoir toutes ses possibilités.

Les produits d’aujourd’hui exigent des matériaux ayant des caractéristiques spécifiques et qui satisfont à des critères de performances toujours plus sévères ; c’est pourquoi de plus en plus de concepteurs s’orientent vers des thermoplastiques de pointe, tels que le polyuréthanne thermoplastique (TPU). Le TPU est l’un des matériaux thermoplastiques les plus polyvalents ; il conjugue toute une série de propriétés et peut ainsi être employé pour les applications les plus exigeantes.

Historique

Les polyuréthannes thermoplastiques (TPU) furent découverts à la fin des années trente, dans le cadre de la recherche allemande en perspective de la Seconde Guerre mondiale. Depuis leur arrivée sur le marché à la fin des années cinquante, les TPU en films et en tubes sont connus comme des produits industriels polyvalents. Ils offrent robustesse et fiabilité dans des conditions extrêmes, là où les autres matériaux ne sont pas satisfaisants. Par exemple, les TPU conservent leur souplesse, même aux basses températures qui rendent le polychlorure de vinyle (PVC) friable.

Description générale

Au niveau moléculaire, les TPU sont constitués de chaînes hydrocarbonées contenant aussi de l’oxygène et de l’azote. Ils se caractérisent par le motif chimique uréthanne (NHCO2) (figure 1). Ce sont des copolymères blocs caractérisés par une alternance de phases dures et souples. La proportion et la structure moléculaire de ces segments déterminent les caractéristiques spécifiques de la résine.

Propriétés et avantages caractéristiques

Les composés de TPU réunissent un ensemble de propriétés originales et présentent de nombreuses et diverses combinaisons de propriétés, obtenues avec un minimum d’additifs. Ces propriétés étant propres à leur structure chimique, les TPU n’ont pas les problèmes de fragilité ou de migration pouvant affecter les films vinyliques, par exemple.

Les TPU se prêtent à d’innombrables projets et gardent leur fiabilité tout au long de leur vie, y compris dans des conditions difficiles.

Types de présentation

Les polyuréthannes thermoplastiques sont disponibles en films ou feuillets extrudés, dans des épaisseurs allant de 0,025 mm à 6 mm et dans des largeurs de 125 à 3 000 mm, ainsi qu’en tubes, cordons et profilés extrudés.

Données économiques

En l’absence de statistiques fiables sur le marché des films et feuilles de TPU (aromatiques et aliphatiques), on évalue grossièrement la production mondiale à 14 000 tonnes, dont les deux tiers sont fabriqués par les États-Unis. L’Europe produit quelque 3 000 tonnes, l’Allemagne étant le premier pays producteur avant la Grande-Bretagne, la France et l’Italie. Le reste de la production est assuré par l’Asie, principalement par Taïwan, le Japon et la Corée.

On estime que le marché mondial des films et feuilles de TPU connaîtra une croissance de l’ordre de 5 à 8 % jusqu’en 2003. Les segments de marché les plus importants pour les films et feuilles de TPU sont les feuilletages textiles pour d’innombrables produits finis, ainsi qu’une grande variété d’applications dans le domaine automobile, médical et celui des vitrages de sécurité.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3370


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2. Propriétés

Grâce à ses nombreuses propriétés physiques, le TPU surpasse pratiquement tous les autres élastomères thermoplastiques pouvant être employés pour des applications délicates (tableau 1).

  • Dureté

Le TPU peut être produit dans une gamme de duretés allant de matériaux rigides (par exemple 95 Shore A) à des matériaux de qualité très douce au contact, sans rapport avec le toucher habituel du plastique [par exemple 75 Shore A (55 Shore D)]. C’est en faisant varier les composants, leur ordre d’introduction dans le mélange, l’ordre de mixtion et les proportions des composants moléculaires (par exemple, en augmentant ou en diminuant la proportion de polyalcool, de diisocyanate et d’extendeur de chaîne) que l’on produit différents polymères présentant différentes duretés. La morphologie des segments durs/souples obtenue grâce à ces diverses possibilités est essentielle pour la ténacité ou la souplesse des TPU. Les TPU à faible dureté sont particulièrement confortables au contact cutané.

  • Souplesse aux basses températures

La composition chimique des TPU leur permet d’absorber des contraintes thermiques sans que l’ajout d’additifs chimiques soit nécessaire, ils font preuve de souplesse et ne présentent ni fissuration ni cassure, même à des températures bien inférieures à 0 ˚C.

Cette caractéristique est largement déterminée par le segment souple de polyalcool du polymère. Généralement, les TPU de poly-éther se vitrifient à des températures plus basses que les TPU de polyester et c’est ainsi qu’ils conservent leur souplesse à des températures de l’ordre de − 50 ˚C.

  • Résistance en traction

Une plage de résistance en traction comprise entre 28 et 70 MPa garantit robustesse et endurance durant toute la durée de vie du produit fini. Comme les TPU sont solides et ont une grande ténacité, ils peuvent être utilisés dans des épaisseurs plus faibles sans que leurs performances soient compromises, contrairement au PVC. Tout comme pour la dureté, la morphologie des phases dures/souples est déterminante pour la ténacité...

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