Les matériaux plastiques

Résumé du document

On dit qu'une substance est plastique lorsqu'elle peut se déformer sous l'action d'une force extérieur et sa forme requise lorsque la force aura cessée d'agir (mastic, pâte à modeler…). Le terme « matière plastique » désigne aujourd'hui une matière susceptible d'être modelée ou moulée en général à chaud et sous pression. Les matériaux utilisés peuvent être classés dans trois grands groupes : métaux, céramiques et polymères ioniques, et matériaux plastiques.

Les éléments métalliques représentent les trois quarts de tous les éléments connus. Les métaux sont le plus souvent utilisés sous forme d'alliages combinant un ou plusieurs éléments. Les céramiques sont des matériaux inorganiques résultant de la combinaison de certains éléments métalliques (aluminium, fer, magnésium, …) ou semi-métalliques (silicium) avec des éléments non métalliques (oxygène).

Les polymères organiques sont des matériaux composés de molécules contenant surtout du carbone et de l'hydrogène. Dans un solide organique, nous pouvons distinguer deux types de liaisons : les liaisons intramoléculaires et les liaisons extramoléculaires. Les polymères organiques sont à la base de plusieurs groupes important de matériaux industriels :
- Plastique
- Fibres synthétiques ou naturelles
- Elastomères
- Peintures
- Colles

Deux aspects nous intéressent : l'ordre, qui la régularité d'arrangement spatial des éléments constitutifs (atomes ou molécules) dans le matériau, et leur mobilité. Nous savons que toutes les substances peuvent, en principe, se retrouver sous trois formes physiques (gaz, solide, liquide).

L'état physique dans lequel une substance se trouvera à température et sous pression donnée résulte de la balance entre l'énergie thermique et l'énergie de liaison (ou de cohésion).

A l'état gazeux, lorsque dans une substance, l'énergie thermique est plus élevée que l'énergie de cohésion, cette substance se trouvera à l'état gazeux. Dans un gaz, la position d'un atome ou d'une molécule est indépendante de la position des autres. La somme des énergies cinétiques des atomes ou molécules en mouvement dans le gaz est équivalente à l'énergie thermique de ce gaz.

A l'état liquide, entre les deux extrêmes, désordre complet d'un gaz et ordre parfait d'un cristal, se trouve l'état liquide. Les forces de cohésion sont suffisantes pour maintenir la matière à l'état condensé mais insuffisantes pour empêcher les atomes isolés de se déplacer.

A l'état solide, lorsque l'énergie thermique est faible par rapport à l'énergie de cohésion, la matière s'organise dans un arrangement compact qui diminue au maximum sont énergie potentielle. La substance se trouve à l'état solide cristallin qui est la forme la plus condensée de la matière.

Dans un cristal, les éléments constitutifs sont donc organisés dans un réseau ordonné régulier et périodique. Un cristal réel a un arrangement atomique dont la régularité s'écoule de la structure d'un cristal parfait : un cristal réel possède des défauts dans sa structure cristalline. Tout défaut peut modifier le comportement de matériaux (ponctuel, linéaire, bidimensionnel).

Les propriétés des matériaux dépendent de l'énergie de liaison et également du type de liaison établie entre les atomes et les molécules. Ainsi, la fragilité sera généralement associée aux matériaux covalents et ioniques, alors que la ductilité sera une conséquence du reste de la liaison métallique.

Extraits

[...] Matériaux Plastiques L3 SPI Ingénierie Mécanique Ces considérations ont mené à l'élaboration du concept de Basse et Haute température d'matériau solide. A basse température la diffusion est négligeable, à haute température, la diffusion se fait rapidement et joue un rôle important dans la déformation plastique. A haute température, le fluage (déformation lente à contrainte constante) peut se produire, la limite entre basses et hautes températures varie avec le matériau. En première approximation, cette température se situe autour de 0,5 Tf ou Tf est la température de fusion : Métaux 0,3 à 0,4 Tf Céramique 0,4 à 0,5 Tf Polymère organique 0,5 à 0,6 Tf Dans les polymères, le mouvement thermique des atomes est important, ils peuvent se déplacer et l'application prolongée d'une contrainte engendrera des déformations plastiques (permanents) considérable. [...]

[...] Les polymères organiques sont des matériaux composés de molécules contenant surtout du carbone et de l'hydrogène. Dans un solide organique, nous pouvons distinguer deux types de liaisons : les liaisons intramoléculaires et les liaisons extramoléculaires. Les polymères organiques sont à la base de plusieurs groupes important de matériaux industriels : Plastique Fibres synthétiques ou naturelles Elastomères Peintures Colles 2. Organisation de la matière : Deux aspects nous intéressent : L'ordre : c'est la régularité d'arrangement spatial des éléments constitutifs (atomes ou molécules) dans le matériau. [...]

[...] La partie cristalline est quantifié par leur taux de cristallinité : δ = δc X + δa : Taux de cristallinité. Les cristaux sont fortement anisotropes. Dans la direction parallèle aux chaines, les propriétés sont déterminées par la nature des liaisons covalentes C-C qui sont des liaisons fortes. Dans les directions perpendiculaires aux chaines, ces propriétés sont étroitement liées aux liaisons intermoléculaires qui sont beaucoup plus faibles. Un polymère cristallin est caractérise par sa Tf, à Cette les cristaux fondent et passent à l'état amorphe, donc 2 de translation : Tg et Tf. [...]

[...] L3 SPI Ingénierie Mécanique 1.2 Polymères ramifiés et tridimensionnels : Linaire Ramifiée Ces ramifications jouent un rôle important dans la cristallisation. La tendance à former des ramifications peut mener à la formation d'un réseau tridimensionnel ou la notion de molécule ou chaine de perd de sa signification : une seul molécule géante. Il y a une différance importante entre le polymère linéaire et tridimensionnel : Linéaire : peut être fondu dans un solvant. Les molécules peuvent être séparées les unes aux autres. Problème de recyclage. [...]

[...] Structure des polymères : 2.1 Longueur de la chaine et comportement d'un polymère : L'évolution des propriétés avec la longueur de la chaine illustre le caractère particulier des polymères. R Resistance aux choques 20 Linéaire Polyéthylène 10 N : nombre d'atome de carbone Polyéthylène à C 18 atomes : solide. A partir d'une certaine longueur de chaine, la viscosité augmente beaucoup plus rapidement et on obtient cette relation : η = K * ; η : La viscosité, constante, M : masse moléculaire. [...]