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RÉSUMÉ
La caractérisation et le contrôle des matières plastiques sont des étapes primordiales pour la conception et la production de pièces de qualité. L'acquisition de données pour les logiciels de conception, modélisation et simulation, l'évaluation des durabilités sont essentielles pour la conception. Le contrôle traditionnel évolue vers des techniques plus sophistiquées, plus diversifiées et plus rapides afin de tester les produits directement sur les lignes de production, et parfois même pour un pilotage automatisé. L'utilisation de méthodes mathématiques s'est également développée pour l'établissement de plans expérimentaux, l'exploitation des résultats et les prévisions de durabilité à long terme.
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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
INTRODUCTION
Les matières plastiques sont devenues des matériaux incontournables aussi bien pour les utilisations courantes que pour des applications aussi performantes que l'aéronautique ou l'électronique pour n'en citer que deux exemples. Les tonnages utilisés sont impressionnants (270 millions de tonnes en 2012), intermédiaires entre ceux des aciers et de l'aluminium, avec un taux de croissance supérieur à celui des matériaux traditionnels. L'industrie des plastiques est encore jeune et nécessite de nombreuses caractérisations sophistiquées en plus des besoins courants concernant le contrôle. La caractérisation et le contrôle des matières plastiques sont des étapes primordiales pour la qualité des pièces produites par les transformateurs ou achetées par les utilisateurs. Les implications économiques sont de plus en plus importantes d'autant que les sources d'approvisionnement se diversifient et incluent désormais de nombreux pays en plein développement industriel.
Le contrôle traditionnel a évolué vers des techniques plus sophistiquées, plus diversifiées et plus rapides permettant de tester les produits fabriqués directement sur les lignes de production. Par exemple, la conduite automatisée des presses et extrudeuses nécessite des résultats en temps réel permettant aux logiciels de conduite de réagir quasi immédiatement pour optimiser la qualité et les coûts de fabrication malgré la sévérisation des spécifications. Pour la conception des pièces et systèmes, les besoins sont énormes pour le recueil des paramètres nécessaires au fonctionnement des logiciels de conception, modélisation et simulation ainsi que pour l'évaluation des durabilités à plus ou moins long terme (jusqu'à 50 ans et plus) dans des conditions plus ou moins difficiles.
Les implications sont à la fois techniques, économiques, commerciales et environnementales pour répondre aux besoins variés des différents acteurs, producteurs, transformateurs, concepteurs, prescripteurs, moulistes, recycleurs, acheteurs et utilisateurs de pièces plastiques.
La caractérisation et le contrôle, comme toutes les autres opérations industrielles, doivent poursuivre des buts définis pour que leur coût ne grève pas inutilement les prix de revient.
Techniquement, les essais réalisés découlent des spécificités des matières plastiques et des résultats pratiques que l'on en attend. La recherche scientifique n'entre pas dans le cadre de cet article.
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Conclusion
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3. Adaptation des mesures aux polymères et fonctionnalités des pièces
Si les caractérisations doivent être adaptées aux problèmes posés, elles doivent aussi être adaptées aux matières plastiques et aux fonctionnalités des pièces fabriquées.
3.1 Prise en compte des spécificités des matières plastiques
Le tableau 4 montre pour quelques produits qui sont loin de représenter la versatilité des matières plastiques :
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la diversité des propriétés courantes adaptées à la nature du produit à tester ;
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la pluralité des méthodes pour une même caractéristique, par exemple 5 échelles de dureté dans ce tableau (et il en existe d'autres) ;
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l'amplitude des valeurs pour une même caractéristique mesurée avec des méthodes identiques. Les chiffres indiqués sont de simples exemples isolés qui sont loin de représenter las plages possibles. Pour la résistance et l'allongement à la rupture ou au seuil viscoélastique, les résultats cités évoluent sur une plage de 0,4 MPa pour une mousse à 2 000 MPa pour un composite unidirectionnel, soit un rapport de 1 à 5000 et sur une plage de 0,5 % pour un composite unidirectionnel à 850 % pour un élastomère thermoplastiques soit un rapport de 1 à 1700. Les dynamomètres utilisés sont donc différents pour s'adapter aux valeurs à mesurer ;
-
l'anisotropie des composites hautes performances.
3.2 Adaptation des méthodes aux durées de service importantes : modélisation des vieillissements
Rappelons une fois encore que les modélisations sont des constructions intellectuelles et que le comportement réel a d'autant plus de risques d'en différer que les durées d'extrapolation sont plus longues et que les conditions d'essai sont plus éloignées des conditions de service.
HAUT DE PAGE3.2.1 Modélisation du vieillissement thermique : modèle d'Arrhenius
La méthode vraisemblablement la plus courante utilise le modèle d'Arrhenius...
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Adaptation des mesures aux polymères et fonctionnalités des pièces
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GUGUMUS (F.) - Polymer Degradation and Stability. - 63, 1999, p. 41.
-
(2) - GEORGET (M.P.) - * - (SIA-AFICEP, Rennes, 95/02/04).
-
(3) - BIRON (M.) - Aide-mémoire Transformation des matières plastiques. - Dunod, 2010.
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(4) - BATHIAS (C.) et coll. - Matériaux composites. - Dunod, 2009.
-
(5) - BIRON (M.) - Thermoplastics and Thermoplastic Composites. - Elsevier, 2007.
-
(6) - BIRON (M.) - Thermosets and Composites. - Elsevier, 2004.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
– Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 1 : principes généraux. Indice de classement : T51-507-1 - NF EN ISO 11357-1 - Décembre 2009
-
Caoutchouc – Analyse enthalpique différentielle (DSC) – Principes généraux. Indice de classement : T46-050 - NF T46-050 - Juin 2008
-
Plastiques – Matériaux semi-cristallins – Détermination de la température de fusion conventionnelle par analyse thermique. Indice de classement : T51-223 - NF T51-223 - Juin 1985
-
Ingrédients de mélange du caoutchouc – Huiles de mise en œuvre – Détermination de la température de transition vitreuse par DSC. Indice de classement T45-033PR. Statut : Projet de norme - PR NF ISO 28343 - Juillet 2009
-
Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 1 : principes généraux - ISO 11357-1:2009 - Octobre 2009
-
Plastiques – Analyse calorimétrique différentielle (DSC) – Partie 2 : détermination de la température de transition vitreuse - ISO 11357-2:1999 - Mars 1999
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...
ANNEXES
https://www.insa-lyon.fr/en/mots-cles/plasturgie
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