Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les TPE (Thermo Plastic Elastomer) suivent les courants traditionnels d'évolution de l'industrie des matières plastiques. Sont présentées l’amélioration des performances grâce aux Super-TPE, ainsi que l’utilisation des ressources renouvelables à l'aide des bio-TPE intégrant des molécules, charges et fibres issus de ressources renouvelables ou alliant bio-TPE et plastiques d'origine fossile. Pour réussir dans l'utilisation des TPE, le choix d'un matériau ne doit être qu'une des étapes d'une démarche globale adaptée aux différentes spécificités. Cette démarche intervient, depuis la conception jusqu'à la finition, par le choix et la simplification des étapes de fabrication par l'intégration de fonctions, la co-transformation et l'automatisation afin de réduire les coûts.
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TPE is following the traditional trends of the development of the plastic material industry thanks to Super TPEs and the use of renewable resources with bio-TPE incorporating molecules, fillers, fibers, etc. derived from renewable resources or by combining bio-TPE and plastics of fossil origin. To succeed in TPE use selection of material must be one of the stages in a global approach adapted to different characteristics. This approach works from conception up to ready-to-use products by integration of functions, co-transformation and automation finally to reduce costs.
Auteur(s)
-
Michel BIRON : Ingénieur de l'Institut national supérieur de chimie industrielle de Rouen (INSCIR) et de l'Institut français du caoutchouc (IFC) - Consultant
INTRODUCTION
Les élastomères thermoplastiques TPE suivent les grands courants actuels de l'industrie des matières plastiques : amélioration des performances, utilisation de produits issus de sources renouvelables, diminution des coûts. Ils font l'objet d'un premier dossier [AM 3 400].
L'amélioration des performances passe par l'utilisation de TPE d'ingénierie et de nouveaux TPE regroupés sous le terme de super-TPE. Ceux-ci conservent les avantages fondamentaux des TPE et TPV permettant la fabrication sur des équipements classiques pour thermoplastiques avec des débits beaucoup plus importants que ceux atteints avec les caoutchoucs vulcanisés conventionnels. En outre, ils combinent les avantages d'élastomères vulcanisés de haute performance avec ceux de plastiques d'ingénierie. Généralement conçus pour résister à une exposition prolongée à la chaleur et à des environnements agressifs, ils se situent entre les plastiques techniques et les caoutchoucs spéciaux. Cependant, il faut être conscient que les super-TPE ne peuvent pas remplacer tous les caoutchoucs vulcanisables dans toutes les applications. Les pneumatiques pour l'automobile, par exemple, ne font pas partie de leur domaine d'utilisation.
Il faut remarquer qu'il n'y a pas de frontière nette entre TPE et super-TPE. Certains copolyesters et polyéther bloc amides pourraient ainsi être classés dans les super-TPE.
Les bio-TPE sont produits à partir de sources renouvelables en empruntant plusieurs routes :
-
les polyéther-bloc-amides, les copolyesters ou encore les polyuréthanes thermoplastiques intégrant des molécules issues de plantes dans leurs chaînes macromoléculaires ;
-
des TPE intégrant des additifs, charges, fibres etc. issus de ressources renouvelables ;
-
des alliages de biopolymères et de plastiques d'origine fossile ;
-
des TPE issus de la technologie supramoléculaire.
Il est important de remarquer que les taux massiques de carbone renouvelable peuvent varier d'environ 20 % à pratiquement 100%, le complément étant d'origine fossile.
Le choix d'un TPE n'est qu'un des éléments du problème. Pour réussir dans l'utilisation des TPE, il faut utiliser au mieux leurs qualités et minimiser leurs défauts en adoptant une démarche globale adaptée.
En plus des règles générales de conception, notamment la juste évaluation des exigences à satisfaire, la conception finale doit être le fruit d'itérations prenant en compte :
-
les possibilités d'intégration du TPE dans la chaîne de fabrication du dispositif final à fabriquer ;
-
les possibilités d'intégration des différentes étapes de fabrication du TPE de façon à tendre vers un procédé en ligne totalement intégré de la matière première jusqu'au produit final emballé et contrôlé ;
-
les propriétés mécaniques exceptionnelles de certaines familles y compris en sollicitations dynamiques ;
-
le large choix de procédés, y compris le soufflage, thermoformage, soudage et la cotransformation adaptés aux cadences de production visées ;
-
les qualités sensorielles particulières pouvant conduire à la suppression d'étapes de finition et pouvant contribuer à la personnalisation des produits finis ;
-
la possibilité de recycler plus facilement les déchets de production et de fin de vie.
Bien sûr, la conception doit également tenir compte des inconvénients des TPE comme :
-
la thermoplasticité avec ses conséquences sur le fluage et la relaxation d'autant que la température s'élève ;
-
le prix matière qui doit être compensé par les économies de matières et de coûts de production.
Les taux et pourcentages, rencontrés dans ce texte, sont sauf indication contraire, massiques.
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Démarche globale adaptée aux spécificités des TPE2. TPE et développement durable
Comme la grande majorité des matières plastiques, les élastomères thermoplastiques ont été traditionnellement formulés et fabriqués à partir de matières premières fossiles. Cependant, les tendances actuelles du marché suscitent des programmes de développement durable qui s'appliquent évidemment aux TPE.
En bref, d'une façon générale, le développement durable peut être défini comme l'obligation de répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à satisfaire leurs propres besoins.
Pour les TPE, le problème est de proposer aux concepteurs des produits élastiques ou souples, faciles à mettre en œuvre, performants et aptes à conduire à des solutions compétitives. Outre l'utilisation de produits renouvelables, les solutions concernent le recyclage, la réutilisation, une formulation respectueuse de l'environnement et l'utilisation efficace des ressources notamment l'énergie.
2.1 Matières premières renouvelables
Les polymères traditionnels tels que le PE, PP et PS sont basés sur les réserves fossiles dont le renouvellement se chiffre en millions d'années, tandis que leur rejet de carbone dans l'environnement est très rapide, de l'ordre de quelques années, favorisant l'augmentation du taux atmosphérique de CO2 . Par opposition, les polymères issus du règne végétal ont un bilan CO2 quasiment nul grâce au CO2 absorbé pendant la croissance de la plante utilisée comme source de carbone organique. En plus, si la matière première végétale provient de sous-produits d'une autre industrie, le bilan devient nettement bénéficiaire.
Enfin, il faut noter que les méthodes d'élaboration des polymères dérivés de ressources renouvelables incluent des processus biologiques directs en plus des méthodes chimiques et mécaniques traditionnelles. Dans le cas de l'Hytrel de DuPont, le schéma de la chaîne de fabrication est visualisé sur la figure 4.
HAUT DE PAGE2.2 Optimisation de l'utilisation de l'énergie
La mise en œuvre des TPE par les méthodes utilisées pour les thermoplastiques supprime l'étape de vulcanisation...
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TPE et développement durable
BIBLIOGRAPHIE
NORMES
-
Plastiques. Élastomères thermoplastiques à base de polyester/ester et polyéther/ester, pour moulage et extrusion. Partie 2 : préparation des éprouvettes et détermination des propriétés - ISO 14910-2 - 12-97
-
Caoutchouc : Vocabulaire - NF ISO 1382 - 2007
-
Élastomères thermoplastiques – Nomenclature et termes abrégés - NF EN ISO 18064 - 08-05
-
Plastiques – Élastomères thermoplastiques à base de polyester/ester et polyéther/ester, pour moulage et extrusion – Partie 2 : préparation des éprouvettes et détermination des propriétés - PR NF EN ISO 14910-2 - 07-10
-
Standard Practice for Thermoplastic Elastomers Terminology and Abbreviations - ASTM D5538-07 -
-
Standard Classification System for Highly Crosslinked Thermoplastic Vulcanizates (HCTPVs) Based on ASTM Standard Test Methods - ASTM D6338-10 -
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
1.2 Documentation – Formation – Séminaire (liste non exhaustive)
Stage de formation. Les élastomères thermoplastiques. IFOCA : matériaux, propriétés, mise en œuvre.
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