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Auteur(s)
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Daniel WYART : Ancien directeur Marketing - BASF Coatings SAS
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Le polystyrène expansé (PSE) est un matériau alvéolaire rigide, peu dense, dont les principales utilisations sont l'isolation thermique des bâtiments et l'emballage des produits industriels ou alimentaires.
Il existe deux types de polystyrène expansé :
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le polystyrène expansé moulé (PSE-M) ;
-
le polystyrène expansé extrudé (PSE-E) ou XPS (Extruded polystyrene foam).
Le PSE-M est obtenu à partir d'un polystyrène cristal auquel on a ajouté en cours de polymérisation, un agent d'expansion (le pentane, C5H12).
Le PSE-E est quant à lui obtenu lors de l'extrusion par injection sous pression d'un gaz d'expansion (le pentane) dans le polymère cristal fondu.
Les propriétés les plus remarquables du polystyrène expansé sont :
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sa faible masse volumique ;
-
son pouvoir isolant thermique ;
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ses excellentes propriétés mécaniques (résistance en compression, capacité d'amortissement des chocs) ;
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son insensibilité à l'eau ;
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sa facilité de mise en forme (moulage, découpage) ;
-
sa recyclabilité.
Enfin, la production de styrène à grande échelle et la facilité de polymérisation de ce monomère conduisent à un compromis propriétés/prix particulièrement intéressant pour les deux marchés principaux du polystyrène expansé.
La découverte du polystyrène remonte à 1839, mais son exploitation industrielle date de 1933, en Allemagne et aux USA. Le premier procédé utilisé (suspension aqueuse) fonctionnait en discontinu.
Dès les années 1940, apparaissent des procédés de polymérisation dite « en masse » continu et en discontinu. Le procédé « masse en continu » triomphe dans les années 1960, grâce aux progrès technologiques permettant d'évacuer la chaleur produite par la polymérisation (∼ 710 kJ/kg).
Le polystyrène expansé a été inventé en 1944 par Ray Mc Intire (1919-1996) alors qu'il travaillait pour la Dow Chemical. Découvert par hasard, ce polystyrène fut commercialisé sous le nom de « Styrofoam ». Matériau rigide, de faible densité, il a d'abord été utilisé comme isolant thermique dans le bâtiment.
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Propriétés du polystyrène expansé3. Production du polystyrène expansé extrudé (PSE-E ou XPS)
Le procédé d'extrusion le plus répandu pour obtenir du PSE-E est connu sous le nom de direct gazing ou expansion physique. Il permet d'obtenir des plaques allant de 20 jusqu'à 200 mm d'épaisseur et des feuilles à partir de 0,5 mm d'épaisseur. La masse volumique de la feuille est très faible (≈ 0,07 kg/m3). La figure 18 présente le schéma de l'extrudeuse.
Il consiste à fondre sous pression dans une extrudeuse des granulés de polystyrène cristal, puis à mélanger au polymère fondu un (ou des) agent(s) de nucléation et le (ou les) agent(s) d'expansion liquide(s) ou gazeux. Le mélange est maintenu sous pression et poussé à travers la filière. À la sortie de celle-ci, l'agent d'expansion crée des cellules qui s'expansent. La plaque ou la feuille expansée obtenue est ensuite refroidie.
Pour la réalisation de plaques expansées, on utilise des filières plates ou à sections rectangulaires. Pour la réalisation de feuilles expansées, on utilise des filières annulaires produisant une gaine soufflée qui, après sectionnement, est couchée en feuilles. Celles-ci peuvent être ensuite thermoformées sous vide pour la réalisation de barquettes, d'emballage de restauration rapide, etc.
Le produit ainsi fabriqué est différent du PSE-M car :
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sa structure ne comporte pas de soudure entre les billes ;
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sa masse volumique est en général plus élevée ;
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la présence d'une « peau de surface » rappelle le passage dans la filière.
Le polystyrène cristal généralement utilisé a une masse moléculaire relative élevée (180 000 < M r < 270 000) et sa température de mise en œuvre est voisine de 200 °C.
Le contrôle de la structure cellulaire (nombre et taille des cellules) se fait à l'aide d'agents de nucléation tels que le silicate de calcium, l'acide citrique ou le talc.
Les agents d'expansion les plus couramment utilisés sont aujourd'hui les hydrochlorofluoro carbures (HCFC), le pentane et le CO2.
Le HCFC 142b (1-chloro-1,1-difluoroéthane) et le HCFC 22 (monochlorofluoroéthane) sont des produits...
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Production du polystyrène expansé extrudé (PSE-E ou XPS)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Technical Information 305. BASF – août 2006.
-
(2) - * - Technical Information 325. BASF – déc. 2005.
-
(3) - * - Technical Information 330. BASF – déc. 2005.
-
(4) - * - Technical Information 350. BASF – juil. 2006.
-
(5) - * - Technical Information 505. BASF – août 2006.
-
(6) - * - Technical Information 510. BASF – août 2006.
-
(7) - * - Technical Information 520. BASF – août 2006.
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...
ANNEXES
HAUT DE PAGE
Syndicat National des Plastiques Alvéolaires – SNPA [email protected] http://www.snpa.fr
Promo PSE [email protected] http://www.promo-pse.com
ECO PSE [email protected] http://www.ecopse.fr
Association pour la certification des Matériaux Isolants – ACERMI [email protected] http://www.acermi.com
Union Européenne des fabricants de PSE – EUMEPS http://www.eumeps.org
European Extruded Polystyrene Insulation Board – EXIBA [email protected] http://www.exiba.org
Association...
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