Thermodurcissable - Définition
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Introduction
La transformation d'un matériau thermodurcissable fait intervenir une polymérisation, laquelle est irréversible et conduit à un produit fini solide, généralement rigide. Ce dernier est infusible donc non transformable, ce qui empêche son recyclage.
Il est souvent préparé par réticulation, deux composants, dont l'un est typiquement une « résine », réagissent sous l'action de la chaleur en présence de réactifs (catalyseur et accélérateur de polymérisation). La structure tridimensionnelle (réseau) formée, stable, présente une résistance thermomécanique et chimique.
Abus de langage
Le mot thermodurcissable est souvent utilisé par abus de langage à la place du mot thermodurci qui désigne un réseau macromoléculaire tridimensionnel. Ce dernier résulte soit de la réticulation de polymères linéaires (monodimensionnels), soit de la polymérisation de monomères dont la valence moyenne est supérieure à 2 (en pratique, un mélange de monomères à 2 et 3 points d'accrochage est utilisé pour flexibiliser la structure).
Propriétés
Un matériau thermodurcissable ne peut être mis en œuvre qu'une seule fois et devient infusible et insoluble après polymérisation. Une fois durci, sa forme ne peut plus être modifiée, un chauffage éventuel ne permettra pas de le fondre : il n'est pas recyclable, mais on peut néanmoins l'incorporer dans d'autres matériaux comme renfort.
Les matériaux thermodurcissables sont généralement plus résistants que les matériaux thermoplastiques. On leur reconnaît une très bonne résistance diélectrique, mécanique, ainsi qu'aux produits chimiques (matériaux non réactifs), et à la chaleur.
Mécanisme
Les précurseurs sont souvent des résines à l'état semi-liquide (prépolymère). Pour le moulage, la résine est mélangée à des charges renforçantes (telles la fibre de verre) et/ou de remplissage (pour notamment baisser le coût : craie, farine de bois, talc, etc.).
Exemple de polymérisation d'une résine polyester insaturée :
résine + styrène (+ charges, additifs) + catalyseur, accélérateur (+ chaleur, pression dans un moule) → structure réticulée irréversible (pontage des chaînes : matériau solide rigide moulé).
La polymérisation peut se produire :
- à température ambiante, après mélangeage (exemple : système bicomposant : la résine et les réactifs sont mélangés au moment de l'emploi) ;
- par chauffage (cuisson, généralement à partir de 200 °C) sous pression, ce qui augmente les cadences de production ;
- en présence de l'humidité de l'atmosphère ambiante (colles à prise très rapide type SuperGlue, certaines peintures et certains silicones) ;
- par irradiation UV, électronique...
La réaction chimique transforme la résine en « plastique » rigide, élastomère, par formation de nœuds (tri et tétravalents) de réticulation et de pontages de chaînes. La matière d'œuvre est généralement liquide, en poudre ou en pastille, conçue pour être moulée et acquérir une forme finale, ou pour servir d'adhésif. L’énergie et les réactifs ajoutés provoquent la liaison des chaînes moléculaires pour former un réseau tridimensionnel.
Exemples
| Famille de produits | Premier monomère ou prépolymère | Second monomère ou prépolymère ou agent réticulant | Exemple de nom commercial | Principale application |
|---|---|---|---|---|
| Aminoplastes : résines urée-formaldéhyde ou urée-formol (UF) | Formaldéhyde | Monomère portant des groupes amino- -NH2 : l'urée | Utilisées dans la fabrication de contreplaqués, de panneaux de particules et de panneaux de fibres agglomérées de milieu-densité (MDF) | |
| Aminoplastes : résines mélamine-formaldéhyde ou mélamine-formol (MF) | Formaldéhyde | Monomère portant des groupes amino- -NH2 : mélamine et parfois le thiocarbamide, le cyanamide hydrogène ou le dicyandiamide | Formica | Matériau utilisé pour les surfaces des plans de travail |
| Les phénoplastes ou résines phénol-formaldéhyde : phénol-formol (PF) | Formaldéhyde | Phénol | Bakélite | Matériau utilisé comme isolant électrique |
| Polyépoxydes ou époxydes et même époxy par abus de langage (EP) | Monomères ou prépolymères époxyde | Agent de réticulation (appelé parfois durcisseur) : anhydride d'acide, phénol ou le plus souvent une amine | Araldite | Performantes mais onéreuses, utilisées dans les adhésifs et les plastiques renforcés fibre de carbone. Voir aussi Plastique à renfort fibre de carbone |
| Polybismaléimides : Polyimides thermodurcissables (PIRP) | Di et/ou polyanhydride d'acide | Di et/ou poly amine | ||
| Polyuréthanes réticulés (PUR) | Di et/ou polyols | Di et /ou polyisocyanates | ||
| Polyesters insaturés (UP pour unsaturated polyester) | Polyester insaturé | Monomères vinyliques surtout le styrène | Performances moyennes et bon marché, souvent utilisées dans les plastiques renforcés fibre de verre |
En plus des produits cités dans ce tableau, nous pouvons citer :
- les élastomères vulcanisés ;
- les polyisocyanurates
- quelques silicones (SI) ou polysiloxane...
Pour plus de noms commerciaux de polymères thermodurcissables, voir aussi Matière plastique#Polymères des trois familles de matières plastiques.
