Homopolymères vs Copolymères : La chimie derrière la performance des plastiques

Hey ! Qui est fan de chimie organique ? *grillons* OK, vous n'avez peut-être pas aimé l'étudier, mais sans ces chaînes de molécules à base de carbone, la vie serait rude. Chez Protolabs, nous rendons hommage à ces groupes d'atomes liés appelés polymères. C'est d'autant plus vrai que les plastiques que nous utilisons en fabrication sont tous basés sur des chaînes de molécules de carbone et leur structure chimique affecte leur résistance, interaction avec l'environnement, apparence, et plus. Mais ce n'est pas un cours de chimie organique. Non. C'est un article pour comprendre comment différentes chaînes de molécules organiques affectent le matériau choisi pour vos pièces. Alors, donnez-moi un C (pour Carbone) !

Mononomères : Les blocs de construction des plastiques

Les monomères sont des molécules qui veulent se lier à d'autres, formant des chaînes appelées polymères, comme du fromage à effilocher. Sans surprise, ce processus s'appelle polymérisation. Pour simplifier, il suffit de savoir que les homopolymères sont des chaînes contenant de longs brins d'un seul type de monomère. Les copolymères sont composés de deux ou plusieurs types de monomères liés.

Sans monomères, pas de plastiques. Monomères courants : éthylène, propylène, styrène, formaldéhyde, phénol, acrylonitrile, glycol éthylène.

Comparaison chimique Homopolymère vs Copolymère

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

Par exemple, le PVC, tuyaux blancs qu'on voit partout, est composé de monomères d'un seul type — chlorure de vinyle — chainés pour devenir polychlorure de vinyle. "Poly" signifie "beaucoup". Le copolymère nylon 6/6 combine deux monomères : acide adipique et hexaméthylènediamine.

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Construire un copolymère

Voici l'info qui impressionnera au premier rendez-vous. Exemple basique de passage d'une molécule simple à un copolymère plus complexe (voir illustration). Partons d'un hydrocarbure basique — un cycle benzène. Chaque atome de carbone a besoin de 4 liaisons pour la stabilité ; le benzène l'a car chaque carbone est lié une fois à un carbone et deux fois à l'autre voisin. Pour compléter, on ajoute un atome d'hydrogène à chaque carbone.

Pour faire du styrène (monomère), on remplace un hydrogène par un groupe C2H3. La molécule reste stable : carbones à 4 liaisons, hydrogènes à 1.

Pour faire l'homopolymère polystyrène, on lie des molécules de styrène. Les 4 liaisons sur carbone et 1 sur hydrogène existent encore. Stable.

Passer du polystyrène à l'ABS est plus complexe : il faut ajouter monomères d'acrylonitrile et butadiène au styrène. Plusieurs types de monomères = copolymère. Tous atomes satisfaits avec liaisons 1, 4, ou 3 pour azote.

Votre second rendez-vous est assuré.

Homopolymères vs Copolymères : Différences

Comparons deux acétals : l'homopolymère Delrin et le copolymère Celcon (aka Tecaform) :

Caractéristique	Homopolymère	Copolymère
Cristallinité	Plus élevée	Plus faible
Rigidité	X
Résistance traction	X
Résistance impact	X
Résistance fluage	Initialement bonne	Meilleure long terme
Résistance oxydation		X
Stabilité dimensionnelle	Court terme	Long terme
Résistance eau		X
Résistance température	Temp. distorsion chaleur plus haute	Supporte chaleur long terme

Notons que les copolymères chargés verre tendent à être plus résistants et durables que leur homologue homopolymère. Les fibres de verre font la différence pour améliorer les propriétés mécaniques. Ces différences s'appliquent généralement à tous homopolymères et copolymères dans familles de monomères apparentées.

Choisir votre polymère

Au final, ce qui compte est de choisir le meilleur matériau pour votre pièce, mais connaître les différences de base entre homopolymères et copolymères donne un aperçu plus profond pour faire le bon choix.