Homopolymères vs Copolymères. Chimie des pièces en plastique

Hé! Qui est fan de chimie organique ? *criquets* OK, vous n'avez peut-être pas aimé l'étudier, mais sans ces chaînes de molécules à base de carbone, la vie serait rude. Donc ici, chez Protolabs, nous voulons rendre hommage à ces groupes spéciaux d'atomes liés appelés polymères. Cela est particulièrement vrai parce que les plastiques que nous utilisons dans la fabrication sont tous basés sur des chaînes de molécules de carbone et que leur structure chimique affecte leur résistance, la façon dont ils interagissent avec l'environnement, leur apparence, etc. Mais ce n'est pas un cours de chimie organique. Non. Il s'agit d'un article de blog pour vous aider à comprendre comment différentes chaînes de molécules organiques affectent le matériau que vous choisissez pour fabriquer vos pièces. Alors, donnez-moi un C (pour Carbon) !

Monomères :les éléments constitutifs des plastiques

Les monomères sont des molécules qui veulent se lier avec d'autres molécules, quand ils le font, ils forment des chaînes appelées polymères, un peu comme du fromage à effilocher. Sans surprise, ce processus s'appelle polymérisation . Par souci de simplicité, il suffit de savoir que les homopolymères sont des chaînes contenant de longs brins d'un seul type de monomère. Les copolymères sont constitués de deux ou plusieurs types différents de monomères liés.

Sans monomères, il n'y aurait pas de plastiques. Certains courants sont l'éthylène, le propylène, le styrène, le formaldéhyde, le phénol, l'acétonitrile et l'éthylène glycol.

Comparaison chimique de l'homopolymère par rapport au copolymère

Caractéristique	Homopolymère	Copolymère
Maquillage chimique	Monomère répétitif	Deux monomères ou plus
Structure	Chaîne simple	Chaîne complexe
Exemples	PVC, polyéthylène, polypropylène, polystyrène	Poly (acétate de vinyle), poly (oxyde d'éthylène)

Par exemple, le PVC, la tuyauterie blanche que vous voyez probablement tout autour de votre sous-sol, est composé de monomères d'un seul type, le chlorure de vinyle, qui se sont enchaînés pour devenir du chlorure de polyvinyle. La partie "poly" signifie "plusieurs". Le copolymère nylon 6/6 est une combinaison de deux monomères :l'acide adipique et l'hexaméthylènediamine.

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Construire un copolymère

Maintenant, voici l'info qui éblouira les compagnons lors des premiers rendez-vous. C'est un exemple de base de la façon dont vous passez d'une molécule simple à un copolymère beaucoup plus complexe (voir illustration). Commencez avec un hydrocarbure de base - un cycle benzénique. Chaque atome de carbone a besoin de quatre liaisons pour atteindre la stabilité, et vous pouvez voir que le benzène a cela car chaque atome de carbone est lié une fois à un atome de carbone et deux fois à son autre carbone voisin. Pour compléter la molécule équilibrée, nous ajoutons un atome d'hydrogène à chaque carbone.

Pour fabriquer ce styrène (un monomère), remplacez l'un de ces atomes d'hydrogène par une molécule C2H3. Vous avez toujours une molécule stable car vos carbones sont satisfaits de quatre liaisons et chaque hydrogène a une liaison.

Pour fabriquer le polystyrène homopolymère, liez ensemble des molécules de styrène. Les quatre liaisons sur le carbone et une sur l'hydrogène existent toujours. C'est stable.

Passer du polystyrène à l'ABS est un peu plus complexe car vous devez ajouter des monomères d'acrylonitrile et de butadiène au styrène. Avoir plusieurs types de monomères en fait un copolymère. Tous les atomes sont satisfaits de leurs liaisons de un, quatre ou, dans le cas de l'azote, de trois.

Votre deuxième rendez-vous est assuré.

Homopolymères vs Copolymères :Différences entre les homopolymères et les copolymères

Par exemple, comparons deux acétals, l'homopolymère Delrin et le copolymère Celcon (alias Tecaform) :

Caractéristique	Homopolymère	Copolymère
Niveau de cristallinité	Supérieur	Abaisser
Rigidité	X
Résistance à la traction	X
Résistance aux chocs	X
Résistance au fluage	Au début bien	Better in longer term
Oxidation resistance		X
Dimensional stability	Short term	Long term
Water resistance		X
Temperature resistance	Higher heat distortion temp	Endures exposure to long-term heat better

It should be noted that glass-filled copolymers tend to be stronger and longer-lasting than their homopolymer relative. The added glass fibers make all the difference here to improve mechanical properties. The above differences tend to ring true for all homopolymers and copolymers within related families of monomers.

Choosing Your Polymer

In the end, what matters is that you choose the best material for your part but knowing the basic differences between homopolymers and copolymers gives you some deeper insight into which is the best to choose.