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Auteur(s)
-
Daniel WYART : Ancien directeur Marketing - BASF Coatings SAS
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Le polystyrène expansé (PSE) est un matériau alvéolaire rigide, peu dense, dont les principales utilisations sont l'isolation thermique des bâtiments et l'emballage des produits industriels ou alimentaires.
Il existe deux types de polystyrène expansé :
-
le polystyrène expansé moulé (PSE-M) ;
-
le polystyrène expansé extrudé (PSE-E) ou XPS (Extruded polystyrene foam).
Le PSE-M est obtenu à partir d'un polystyrène cristal auquel on a ajouté en cours de polymérisation, un agent d'expansion (le pentane, C5H12).
Le PSE-E est quant à lui obtenu lors de l'extrusion par injection sous pression d'un gaz d'expansion (le pentane) dans le polymère cristal fondu.
Les propriétés les plus remarquables du polystyrène expansé sont :
-
sa faible masse volumique ;
-
son pouvoir isolant thermique ;
-
ses excellentes propriétés mécaniques (résistance en compression, capacité d'amortissement des chocs) ;
-
son insensibilité à l'eau ;
-
sa facilité de mise en forme (moulage, découpage) ;
-
sa recyclabilité.
Enfin, la production de styrène à grande échelle et la facilité de polymérisation de ce monomère conduisent à un compromis propriétés/prix particulièrement intéressant pour les deux marchés principaux du polystyrène expansé.
La découverte du polystyrène remonte à 1839, mais son exploitation industrielle date de 1933, en Allemagne et aux USA. Le premier procédé utilisé (suspension aqueuse) fonctionnait en discontinu.
Dès les années 1940, apparaissent des procédés de polymérisation dite « en masse » continu et en discontinu. Le procédé « masse en continu » triomphe dans les années 1960, grâce aux progrès technologiques permettant d'évacuer la chaleur produite par la polymérisation (∼ 710 kJ/kg).
Le polystyrène expansé a été inventé en 1944 par Ray Mc Intire (1919-1996) alors qu'il travaillait pour la Dow Chemical. Découvert par hasard, ce polystyrène fut commercialisé sous le nom de « Styrofoam ». Matériau rigide, de faible densité, il a d'abord été utilisé comme isolant thermique dans le bâtiment.
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Production du polystyrène expansé extrudé (PSE-E ou XPS)
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2. Production du polystyrène expansé PSE-M à partir du polystyrène expansible
Le polystyrène expansé est obtenu à partir du polystyrène expansible après trois étapes de fabrication :
-
la pré-expansion ou pré-moussage. C'est à ce stade que la masse volumique finale est déterminée ;
-
la maturation et le stockage. C'est à ce stade que les perles reposent pendant plusieurs heures pour permettre leur stabilisation ;
-
le moulage. C'est à ce stade que les perles sont soudées entre elles.
Les opérations de pré-expansion, de maturation et de stockage ont trois buts principaux :
-
permettre au pentane en surface de se disperser afin de réduire pendant le moulage la thermosensibilité des perles pré-expansées ;
-
éliminer l'excédent d'eau contenu dans les perles afin d'obtenir des perles sèches ;
-
laisser à l'air le temps de pénétrer dans les alvéoles pour combler le vide créé pendant la pré-expansion.
La figure 5 représente l'ensemble du procédé de fabrication.
2.1 Pré-expansion des perles en polystyrène expansible
Le polystyrène expansible est introduit dans une cuve en inox.
L'opération consiste à chauffer les perles par de la vapeur d'eau. Il se produit un ramollissement de la matrice polystyrène vers 90 °C et une augmentation de la pression de l'agent d'expansion (appelé encore agent porogène) qui se trouve au-dessus de sa température normale d'ébullition (pour le pentane technique, ≈ 35 °C). Ces deux phénomènes simultanés provoquent l'expansion des perles. La figure 6 représente l'évolution de la masse volumique apparente des perles en fonction du temps de séjour dans le pré-expanseur. La masse volumique minimale atteinte est variable selon les produits. Elle dépend de facteurs comme :
-
la taille initiale des perles ;
-
la teneur en agent d'expansion ;
-
la présence de certains adjuvants.
La figure 7 représente un pré-expanseur à fonctionnement continu et la figure 8 représente un pré-expanseur à fonctionnement discontinu.
Un temps de séjour prolongé dans l'expanseur...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Technical Information 305. BASF – août 2006.
-
(2) - * - Technical Information 325. BASF – déc. 2005.
-
(3) - * - Technical Information 330. BASF – déc. 2005.
-
(4) - * - Technical Information 350. BASF – juil. 2006.
-
(5) - * - Technical Information 505. BASF – août 2006.
-
(6) - * - Technical Information 510. BASF – août 2006.
-
(7) - * - Technical Information 520. BASF – août 2006.
-
...
ANNEXES
HAUT DE PAGE
Syndicat National des Plastiques Alvéolaires – SNPA [email protected] http://www.snpa.fr
Promo PSE [email protected] http://www.promo-pse.com
ECO PSE [email protected] http://www.ecopse.fr
Association pour la certification des Matériaux Isolants – ACERMI [email protected] http://www.acermi.com
Union Européenne des fabricants de PSE – EUMEPS http://www.eumeps.org
European Extruded Polystyrene Insulation Board – EXIBA [email protected] http://www.exiba.org
Association...
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