Ce que vous devez savoir sur les polymères

Les polymères sont courants autour de nous aujourd'hui, même s'il existe de grandes variétés de différents types et différentes classifications. Dans un article précédent, nous avons expliqué ces différents types de plastiques comme des plastiques de base et des types spécialisés. Nous avons également vu l'application et quelques avantages des plastiques. J'aimerai que vous le vérifiiez !

Lisez Tout ce que vous devez savoir sur le plastique

Eh bien, aujourd'hui, nous allons examiner de près la définition, l'état physique, les propriétés et les additifs des polymères. Nous ferons également la distinction entre thermoplastique et thermodurcissable.

Que sont les polymères ?

Les polymères sont des composés chimiques dont les molécules sont extrêmement grandes, ressemblant à une longue chaîne composée d'une série apparemment sans fin de maillons interconnectés. On explique que la taille de ces molécules est extraordinaire, faisant rage en milliers, voire en millions d'unités de masse atomique. La taille de la molécule, l'état physique et la structure sont les propriétés uniques pour lesquelles un plastique est connu, lui donnant la capacité d'être moulé et façonné.

Thermoplastique et thermodurcissable

Comme mentionné précédemment, les polymères classés comme plastiques sont divisés en deux grandes catégories :les thermoplastiques et les thermodurcissables.

Les thermoplastiques comme le polyéthylène et le polystyrène sont des plastiques qui peuvent être moulés et remoulés à plusieurs reprises. Ceci pour dire plus loin, une tasse en polystyrène expansé peut être chauffée et remodelée en une nouvelle forme - peut-être un plat ou une assiette.

Une structure de polymère thermoplastique est celle de molécules individuelles qui sont séparées les unes des autres et s'écoulent les unes contre les autres. ces molécules peuvent avoir un poids moléculaire extrêmement élevé ou faible. Ils peuvent être ramifiés ou de structure linéaire, mais ont toujours la caractéristique de séparabilité et de mobilité conséquente. Les polymères de ces types sont connus sous le nom de plastiques de base.

D'autre part, les thermodurcissables sont des polymères qui ne peuvent pas être retraités par réchauffage. En effet, lors du traitement initial, les résines thermodurcissables subissent une réaction chimique qui les rend infusibles et insolubles. Lorsqu'un polymère est produit dans une telle méthode, le remaniement ou le chauffage peut entraîner la panne de l'application.

État physique et morphologies moléculaires des polymères

Le comportement plastique des polymères peut également être influencé par leur morphologie ou l'arrangement des molécules à grande échelle. Ainsi, les morphologies des polymères peuvent être soit amorphes soit cristallines. Les molécules amorphes sont disposées de manière aléatoire et sont entrelacées. Alors que les molécules cristallines sont disposées étroitement et dans un ordre indiscernable.

Les thermodurcissables sont connus pour être amorphes, tandis que les thermoplastiques sont amorphes ou semi-cristallins. Les matériaux semi-cristallins présentent des régions cristallines appelées cristallites, au sein d'une matrice amorphe.

Les matériaux thermoplastiques sont connus pour conserver leurs formes moulées jusqu'à une certaine température. Ceci est défini par la température de transition vitreuse ou la température de fusion du polymère particulier. En dessous de la température est connue comme la température de transition vitreuse (T_g ). les molécules d'un matériau polymère sont figées, ce que l'on appelle aussi l'état vitreux; où il y a peu ou pas de mouvement de molécules qui se croisent. Cela rend le matériau plus rigide et même cassant.

Au-dessus de la température de transition vitreuse T_g , les parties amorphes du polymère passent à l'état caoutchouteux. Autrement dit, les molécules affichent une mobilité accrue et le matériau devient plastique et même élastique, c'est-à-dire la capacité d'être étiré.

Dans le cas des polymères non cristallins comme le polystyrène, l'élévation de la température conduira en outre directement à l'état liquide. En revanche, pour les polymères partiellement cristallins comme le polyéthylène basse densité ou le polyéthylène téréphtalate, l'état liquide ne sera atteint qu'à la température de fusion (T_m ) est passé.

Au-delà du point, les régions cristallines ne sont plus stables, et les polymères caoutchouteux ou liquides peuvent être moulés ou extrudés. Étant donné que les thermodurcissables ne fondent pas lors du préchauffage, ils peuvent être dimensionnellement stables jusqu'à une température à laquelle la dégradation chimique commence.

Propriétés des polymères

L'état physique et la morphologie d'un polymère jouent un rôle parfait dans ses propriétés mécaniques. Les différences dans leur comportement mécanique sont l'allongement qui se produit lorsque le plastique est chargé (contraint) en tension.

Par exemple, un polymère vitreux tel que le polystyrène est assez rigide, présentant un rapport élevé entre la contrainte initiale et l'allongement initial. Alors que le polyéthylène et le polypropylène, qui sont deux plastiques hautement cristallins, peuvent être utilisés comme films et objets moulés. En effet, leurs régions amorphes sont bien au-dessus de leurs températures de transition vitreuse à température ambiante.

La ténacité coriace de ces polymères au-dessus de la transition vitreuse T_g résulte des régions cristallines qui existent dans une matrice caoutchouteuse amorphe. Ces plastiques ont la possibilité de 100 à 1000 pour cent d'allongement.

Parce que la transition vitreuse T_g de PET (un autre plastique semi-cristallin) est au-dessus de la température ambiante, les parties cristallines existent dans une matrice vitreuse. Pour cette raison, le matériau reçoit une rigidité et une stabilité dimensionnelle élevée sous contrainte, ce qui est très avantageux pour les bouteilles de boissons et les bandes d'enregistrement.

Presque tous les plastiques sont connus pour présenter un certain allongement sous contrainte qui n'est pas récupéré lorsque la contrainte est éliminée. Cette condition est connue sous le nom de "fluage", qui peut être très faible pour le plastique bien en dessous de sa T_g . elle peut être importante pour un plastique partiellement cristallin supérieur à T_g .

Regardez la vidéo sur les propriétés des polymères :

Les propriétés mécaniques les plus couramment spécifiées des polymères comprennent la contrainte de rupture, la rigidité, la résistance à la traction et quantifiées dans le tableau des propriétés et des applications en tant que module de flexion. La ténacité est une autre propriété importante d'un polymère, qui est l'énergie absorbée par le polymère avant la rupture. Ceci est souvent le résultat d'un impact soudain. Mettre en œuvre des contraintes répétées en dessous de la résistance à la traction du plastique_t ic peut entraîner une rupture par fatigue.

Presque tous les plastiques sont de mauvais conducteurs de chaleur; la conductivité peut être encore réduite lorsqu'un gaz (généralement de l'air) est introduit dans le matériau. Par exemple, le polystyrène expansé utilisé dans les gobelets pour boissons chaudes a une conductivité thermique d'environ un quart de celle du polymère non expansé. Les plastiques ne sont également des isolants électriques que s'ils sont conçus pour la conductivité ; en outre, la conductivité est importante sur les plastiques en tant que rigidité diélectrique (résistance au claquage à haute tension). Il est également important en tant que perte diélectrique (une mesure de l'énergie dissipée sous forme de chaleur lorsqu'un courant alternatif est inséré).

Additifs polymères

Un additif peut également être connu comme un ingrédient combiné à un polymère pour arriver à un ensemble de propriétés appropriées au produit. Cependant, dans de nombreux produits en plastique, le polymère n'est qu'un constituant. La combinaison d'autres additifs est mélangée pendant le traitement et la fabrication.

Les éléments suivants expliqués ci-dessous sont les additifs utilisés dans le polymère pour obtenir un produit approprié.

Plastifiants :

Le plastifiant est utilisé pour modifier la transition vitreuse T_g d'un polymère. Par exemple, un chlorure de polyvinyle (PVC) est souvent mélangé à des liquides non volatils afin de modifier la transition vitreuse. Le revêtement de vinyle utilisé dans les maisons nécessite un PVC rigide non plastifié avec un T_g de 85 à 90 ⁰ C (185 à 195 ⁰ F). cependant, un tuyau d'arrosage en PVC doit rester flexible même à 0 ⁰ C (32  ^o F).

Il existe de nombreux autres polymères qui peuvent être plastifiés, mais le PVC est unique en ce qu'il accepte et retient des plastifiants de taille moléculaire et de composition chimique très variables. Le plastifiant peut également avoir un effet sur l'inflammabilité, l'odeur, la biodégradabilité et même le coût du produit fini du polymère.

Colorants :

Étant donné que l'aspect final des produits en plastique doit être attrayant, l'inclusion de colorants lors du traitement et de la fabrication est nécessaire. Les pigments populaires pour colorer les plastiques sont le dioxyde de titane et l'oxyde de zinc (blanc), le carbone (noir) et divers autres oxydes inorganiques comme le fer et le chrome. Certains autres composés organiques peuvent être utilisés pour ajouter de la couleur sous forme de pigments (insolubles) ou de colorants (solubles).

Renforts :

Comme leur nom l'indique, les renforts sont utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques des plastiques. Une variété de matériaux tels que la silice, le noir de carbone, le talc, le mica et le carbonate de calcium, ainsi que des fibres courtes, peuvent être incorporés en tant que charges particulaires. L'utilisation de fibres longues voire continues comme renfort, notamment avec les thermodurcissables, peut être décrite ci-dessous dans le renfort fibreux.).

L'introduction de grandes quantités de charge particulaire lors de la fabrication de plastiques tels que le polypropylène et le polyéthylène peut augmenter leur rigidité. L'effet peut être moins dramatique lorsque la température est inférieure à la T_g du polymère .

Stabilisateurs :

Les stabilisants aident à améliorer la longévité et la durée de vie utile dans n'importe quelle application. Les propriétés du plastique aussi peu que possible avec le temps. des stabilisants sont ajoutés, généralement en petites quantités afin de contrer les effets du vieillissement. Étant donné que tous les polymères à base de carbone sont sujets à l'oxydation, les stabilisants couramment utilisés sont des antioxydants. Les phénols encombrés et les amines tertiaires sont utilisés dans les plastiques à des concentrations aussi faibles que quelques parties par million.

Conclusion

Les polymères sont la forme courante pour décrire les plastiques, ils sont disponibles sous diverses formes et peuvent être traités pour obtenir différentes propriétés. Dans cet article, nous avons vu la définition, les morphologies physiques et moléculaires et les additifs des polymères. Nous avons également vu la différence entre les thermoplastiques et les thermodurcissables.

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