Le point de fusion des plastiques désigne la plage de températures à laquelle les plastiques effectuent leur transition d'un état solide à un état liquide fluide. À ce stade, les plastiques ramollissent et deviennent malléables, ce qui les rend adaptés à divers procédés de moulage et de mise en forme.
Thermoplastiques et thermodurcissables
Les plastiques peuvent être classés en deux grandes catégories : thermoplastiques et thermodurcissables.
Thermoplastiques ramollissent sous l'effet de la chaleur et durcissent en refroidissant, un processus réversible qui permet des cycles répétés de chauffage et de refroidissement sans altérer les propriétés du matériau.
Thermodurcissables, en revanche, subissent une réaction chimique lors du premier chauffage, ce qui donne une structure réticulée permanente et non fusible. Même lors d'un chauffage ultérieur, ils ne ramollissent pas.
Ainsi, dans nos discussions ultérieures sur les points de fusion, les matières plastiques que nous mentionnerons seront toutes des thermoplastiques.
Important pour le moulage par injection, l'extrusion et la formation
Le processus de ramollissement et de fusion des matières plastiques est crucial dans la transformation des matières plastiques.
- Pendant moulage par injection, Le contrôle précis de la température de fusion permet au plastique d'occuper entièrement le moule et d'obtenir la forme souhaitée.
- Le extrusion tire parti de la fluidité des matières plastiques chauffées pour produire des tuyaux et des profilés à l'aide de moules spécifiques.
- Le la formation de films ou de feuilles dépend également de la capacité du plastique à se déformer plastiquement aux températures appropriées.
Par conséquent, pour les concepteurs et les transformateurs, il est essentiel de comprendre la température de travail et la température optimale de transformation des plastiques pour contrôler la qualité du produit et répondre aux exigences de l'application.
Caractéristiques de fusion des matières plastiques
Matériaux cristallins et matériaux amorphes
Les matériaux dans la nature sont divisés en cristallin et amorphe.
Les matériaux cristallins ont des molécules ou des atomes disposés de manière ordonnée et possèdent des points de fusion fixes. Par exemple, l'eau fond à 0°C, le sel (NaCl) à 801°C et l'étain à 231,9°C.
En revanche, les matériaux amorphes, notamment le verre, le caoutchouc, les plastiques, l'asphalte, la colophane et la paraffine, ont des molécules ou des atomes disposés de manière désordonnée et n'ont pas de point de fusion fixe. Lorsqu'ils sont chauffés, ils se ramollissent généralement (état caoutchouteux) avant de se liquéfier (état d'écoulement visqueux), couvrant une certaine plage de températures au lieu de fondre à un point spécifique.
Types de matières plastiques : Amorphes et cristallins
Plastiques amorphes:
Dans les conditions de mise en œuvre typiques, ces plastiques ne présentent pas de régions cristallines et sont entièrement amorphes. On peut citer comme exemples polycarbonate, ABS, PMMA, ASA, PPSU, etc. Leur comportement à la fusion correspond à celui des matériaux amorphes typiques.
Plastiques cristallins:
De nombreux plastiques ont tendance à cristalliser lors de leur refroidissement et de leur solidification, tels que le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polyoxyméthylène (POM), le polyamide (PA6 et PA66), le PET et le PBT.
Toutefois, ils ne cristallisent que dans certaines régions, les matériaux présentant une cristallinité supérieur à 80% classés comme plastiques cristallins et le reste comme semi-cristallin.
Le degré de cristallinité est fortement influencé par le processus de refroidissement ; un refroidissement lent dans la plage de température de cristallisation peut augmenter la cristallinité, tandis qu'un refroidissement rapide a l'effet inverse.
Ainsi, le processus de fusion de ces plastiques cristallins ressemble partiellement à celui des matériaux cristallins, mais intègre également des caractéristiques des matériaux amorphes.
Les trois états et les quatre températures clés des plastiques pendant le chauffage
Explorons les trois états que les plastiques traversent lors du chauffage : état vitreux, la état hautement élastique (caoutchouteux), et la état d'écoulement visqueux, ainsi que les quatre températures clés qui leur sont associées : la température de transition vitreuse, la température de fusion, la température d'écoulement, et température de décomposition.
L'État de verre
Le premier état est le état vitreux, où les plastiques se trouvent à température ambiante ou à basse température. Dans cet état, la mobilité des molécules de plastique est fortement restreinte, ce qui rend le matériau rigide et cassant. Cela se produit parce que la température est inférieure à la température de transition vitreuse (Tg), où les forces intermoléculaires sont supérieures à l'énergie thermique, empêchant tout mouvement moléculaire libre.
Température de transition vitreuse (Tg) et état hautement élastique (caoutchouteux)
Un changement physique important se produit lorsque les plastiques sont chauffés à la température de transition vitreuse. Tg marque le début de la transition d'un état dur et cassant vers un état mou, la température exacte dépendant du type de plastique et de sa structure moléculaire.
Par exemple, le polyoxyméthylène (POM) a une Tg d'environ 85°C, tandis que le polycarbonate (PC) a une Tg plus élevée, généralement autour de 145°C.
Au-dessus de la Tg, les chaînes polymères gagnent davantage d'énergie et commencent à se déplacer plus librement, tout en restant dans un état désordonné aléatoire. À mesure que la température continue d'augmenter, les plastiques entrent dans l' état hautement élastique, également appelé état caoutchouteux. Dans cet état, les plastiques présentent une élasticité et une flexibilité significatives. Le mouvement entre les chaînes polymères s'intensifie, mais il subsiste encore un certain degré d'interaction intermoléculaire. Les plastiques dans cet état peuvent subir une déformation importante sans se rompre, idéal pour de nombreux produits en caoutchouc et articles en plastique flexible.
Température d'écoulement (Tf) et état de l'écoulement visqueux
Enfin, lorsque la température augmente encore jusqu'à la température d'écoulement (Tf), les plastiques entrent dans l' état d'écoulement visqueux. Dans cet état, les plastiques deviennent plus fluides, semblables à un liquide visqueux. À l'état d'écoulement visqueux, les plastiques peuvent être extrudés, injectés ou comprimés en formes. C'est l'étape clé de la mise en œuvre des plastiques, comme le moulage par injection qui est réalisé dans cet état.
Lors du processus de purge du fourreau, l'état fondu du plastique peut être clairement observé.
Température de décomposition (Td)
La dernière étape importante du chauffage des plastiques est la température de décomposition (Td). C'est le point où les plastiques commencent à se décomposer chimiquement, perdant leurs propriétés physiques et chimiques d'origine. Lorsqu'ils atteignent ou dépassent la température de décomposition, les plastiques commencent à se décomposent en molécules plus petites, libérant potentiellement des gaz et d'autres produits de décomposition. Par conséquent, il est essentiel d' éviter de dépasser la température de décomposition pendant la mise en œuvre afin de prévenir tout dommage matériel et toute libération possible de substances nocives.
Remarque :
- : Région amorphe
- : Région semi-cristalline
Conseil : la température de fusion (Tm), également appelée température d'écoulement (Tf)
Il est important de noter que la température de fusion des plastiques n'est pas un point fixe, mais une plage. Dans cette plage, l'état physique du plastique passe de l'état hautement élastique à l'état d'écoulement visqueux. Par exemple, la plage de température de fusion du Polypropylène (PP) est de 160°C à 175°C, tandis que pour le polyéthylène (PE), elle est de 125°C à 137°C. La largeur de cette plage dépend du type spécifique de plastique et de la complexité de sa structure moléculaire.
Températures de fusion des matières plastiques courantes
Nous avons répertorié ici les températures de fusion, les températures de moulage par injection et les températures de décomposition de certains matériaux plastiques courants. Il est important de noter que la température de moulage par injection est généralement supérieure à la température de fusion afin de garantir une bonne fluidité du plastique lors de la transformation.
Comme il existe de nombreux types de plastiques modifiés et que leurs propriétés sont très différentes, il est impossible de répertorier trop de matériaux dans ce tableau. Par exemple, les caractéristiques thermiques du nylon additionné de fibres de verre diffèrent sensiblement de celles du nylon sans fibres de verre. En pratique, il est facile d'obtenir la fiche technique d'un matériau lors de l'achat de matières plastiques. Par conséquent, ce tableau n'est destiné qu'à titre référence approximative.
Températures de fusion des plastiques courants
| Nom du matériau | Température de fusion (°C) | Température de moulage par injection (°C) | Température de décomposition (°C) |
|---|---|---|---|
| ABS | 170-190 | 200-240 | 280 |
| PP (Polypropylène) | 160-175 | 190-290 | 320 |
| POM (Polyoxyméthylène) | 165-175 | 190-230 | 280 |
| PC (Polycarbonate) | 225-250 | 270-320 | 360 |
| PBT | 225-235 | 220-270 | 280 |
| PA6 (Nylon 6) | 215-221 | 260-300 | 320 |
| PA66 (Nylon 66) | 260-265 | 270-310 | 360 |
| PMMA (Acrylique) | 160-180 | 220-250 | 270 |
| LDPE (polyéthylène basse densité) | 110-130 | 150-230 | 300 |
| PEHD (polyéthylène haute densité) | 125-137 | 160-280 | 300 |
| PEEK (polyéther éther cétone) | 315-353 | 360-400 | 520 |
Ce tableau donne un aperçu des températures de fusion, de moulage par injection et de décomposition de diverses matières plastiques courantes.
Conclusion
En conclusion, la compréhension des températures de fusion, de moulage par injection et de décomposition des matières plastiques est essentielle dans le domaine de la science des matériaux et de la fabrication. Ces températures guident non seulement la transformation et l'application des matières plastiques, mais garantissent également la sécurité et la qualité des produits finaux.
Alors que l'industrie évolue avec de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies, la poursuite de la recherche et des connaissances dans ce domaine reste cruciale. Qu'il s'agisse d'applications industrielles ou d'usage quotidien, la nature polyvalente des plastiques continue de façonner le monde moderne.
