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1. Les thermoplastiques repoussent leurs limites

M. L. T.

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En concurrence avec les métaux, mais également entre eux-mêmes, les thermoplastiques optimisent sans cesse leurs performances et leur mise en oeuvre.

Qu'ils soient entrés dans le langage courant comme le PVC ou bien plus mystérieux comme le polyphénylènesulfone, les thermoplastiques représentent la famille de polymères la plus vaste en termes de propriétés et d'applications. Depuis l'emballage jusqu'à la microélectronique en passant par le forage pétrolier, ces polymères continuent leur avancée en améliorant sans cesse leurs performances techniques, leurs qualités esthétiques et les possibilités qu'ils offrent aux concepteurs. Mais aussi en raison de leur propriété intrinsèque : la recyclabilité.

1. Polymères de commodité

Principal marché des plastiques de grande consommation, l'emballage est le secteur concurrentiel par excellence, où les producteurs de polyoléfines tentent de faire la différence. Chez Basell, l'argument majeur est la réduction d'épaisseur de paroi obtenue avec des polymères dont la rigidité a été améliorée. C'est notamment le cas de son polypropylène Clyrell RC514L, pour le moulage par injection d'emballages alimentaires, et de son polyéthylène haute densité Hostalen ACP 6031D, pour l'extrusion-soufflage de bouteilles de produits d'entretien ou d'hygiène.

Chez Borealis, c'est l'augmentation de la productivité (jusqu'à 20 %) qui est mise en avant pour son polypropylène Bormod BJ368MO. Ce grade alimentaire est basé sur sa technologie de nucléation propriétaire qui assure une solidification très rapide du polymère dans le moule. Les temps de cycles peuvent encore être améliorés en utilisant des additifs antistatiques : le démoulage s'opère alors dès 90 °C, selon Borealis.

Dow propose également des grades de polypropylène assurant la production à hautes cadences d'emballages alimentaires : Inspire 702 et Inspire 147. Ce dernier peut être mélangé avec un élastomère Versify (du même fournisseur) pour en améliorer la tenue aux chocs. Toujours pour l'emballage alimentaire, Dow propose des grades de polypropylène améliorés au niveau du goût et de l'odeur : les copolymères statistiques DR7023.00 et DR7032.00.

De son côté, Du Pont de Nemours joue la carte des matériaux issus de ressources renouvelables avec le Biomax RS 1001. Destiné aux emballages rigides moulés par injection (barquettes, bouchons), ce polytriméthylène téréphtalate (PTT) est présenté comme une alternative au polypropylène. Ce polymère contient 35 % de matières renouvelables dont le Bio-PDO. Les premiers marchés ciblés sont les emballages alimentaires et cosmétiques.

Autre polymère de commodités, le PVC innove chez Arkema et sa gamme Lucalor. Il s'agit de PVC chlorés présentant une bonne résistance à haute température et au feu ainsi qu'une capacité à prévenir la prolifération de bactéries comme la légionelle. Plusieurs marchés sont visés en agroalimentaire dont les systèmes de gestion des fluides ou de conditionnement pasteurisé. L'un des grades Lucalor est transparent, un atout supplémentaire qui convient à la production d'emballages alimentaires stérilisables ou résistant au four, mais aussi de profilés pour le bâtiment. Concernant ce dernier créneau, Arkema propose par ailleurs la coextrusion de PVC et de son PMMA Altuglas pour obtenir des fenêtres plus résistantes aux intempéries et à la rayure. En outre, cette solution permet d'obtenir des niveaux de brillance maîtrisés et de développer des couleurs difficiles à obtenir pour le PVC seul.

2. Plastiques techniques

Plus résistants à la chaleur, aux chocs et aux agressions chimiques, les technopolymères ont largement investi l'électroménager, l'automobile et les sports et loisirs, où ils sont en compétition avec les métaux... mais aussi entre eux-mêmes. Les polyesters thermoplastiques misent, par exemple, sur l'électroménager et tentent de répondre aux exigences de la certification IEC/EN 60335-1. Cette norme concerne les équipements électriques qui fonctionnent sans surveillance comme les machines à laver le linge ou la vaisselle et les sèche-linge : elle impose des tests sévères de résistance à la chaleur et de comportement au feu.

DSM propose son polybutylène téréphtalate Arnite XG ignifugé sans halogène ni phosphore rouge, classé UL 94 V-2. Lanxess est exactement sur le même créneau avec son PBT Pocan DP BFN 4230 ignifugé sans halogène ni antimoine, classé UL 94 V-0, en épaisseur jusqu'à 0,75 mm. Ce matériau conviendrait notamment à la production d'éléments de lampes, de moteurs électriques ou de composants électroniques pour les équipements électroménagers. Le fabricant allemand de moteurs électriques Becker étudierait actuellement ce PBT de Lanxess.

Autre famille de plastiques techniques, les polyacétals (ou POM pour polyoxyméthylène). Ils sont notamment recherchés pour leur combinaison de propriétés chimiques et au frottement. BASF lance deux produits destinés au médical : Ultraform S2320 003 Pro et W2320 003 Pro. Ces polymères semi-cristallins combinent résistance chimique, capacité à supporter des charges mécaniques et bons comportement au frottement. Les applications visées concernent le milieu de la santé et du diagnostic : valves, systèmes doseurs, engrenages...

De son côté, Ticona a enrichi sa gamme de polyacétals Hostaform avec un grade pour les applications où l'hygiène compte, comme le milieu hospitalier. L'Hostaform Anti-Crobe présente des propriétés antimicrobiennes conférées par un composé inorganique ancré au niveau moléculaire dans la matrice polymère. Il supporte en outre l'eau bouillante et peut être en contact avec les aliments. La société a, par ailleurs, lancé la seconde génération de son Hostaform XAP pour l'équipement intérieur automobile. Pour ce type d'application, le matériau a été optimisé pour n'émettre quasiment aucune odeur.

Réputé pour sa transparence et sa résistance aux chocs, le polycarbonate est essentiellement développé chez Bayer qui le propose tel quel ou sous forme d'alliage. Avec sa gamme Makrolon, le groupe vise le marché des optiques pour LED et cherche à l'emporter aux dépens du PMMA, un autre plastique transparent sur ce créneau. Bayer met en avant la résistance du polycarbonate à des températures atteignant 130 °C, la possibilité de produire des optiques plus fines (en raison de son indice de réfraction plus élevé) et des cadences de production supérieures.

Le groupe étend par ailleurs sa gamme d'alliages PC/ABS Bayblend pour l'automobile. Pour l'équipement intérieur, les grades DP T88 GF 10 et 20 renforcés de fibres de verre présentent une rigidité de 25 % plus élevée et une résistance aux chocs de 40 % supérieure à un PC/ABS renforcé verre de la génération précédente. Pour la fabrication d'éléments de carrosserie, Bayer propose les grades DP T90 MF et DP T95 MF comme alternative économique aux composites SMC : ils ne nécessitent en effet aucun traitement de finition et donnent accès directement à une surface de classe A.

La famille star des technopolymères reste toutefois celle des polyamides, dont le principal marché est l'automobile. Avec son Ultramid Top 3000, BASF veut notamment concurrencer l'alliage PPE/PA dans les applications de carrosserie. Ce polyamide partiellement aromatique (modifié pour résister à l'impact et chargé minéral) se distingue par son coefficient d'expansion thermique qui lui assure une grande stabilité dimensionnelle, même à des températures de service élevées. Une propriété qui le rend compatible avec les procédés de peinture en ligne et de séchage vers 200 °C.

BASF met par ailleurs l'accent sur la simulation du comportement de ses matériaux au crash pour assurer la protection des piétons, exigence majeure du moment. Le groupe propose ainsi plusieurs grades de polyamide Ultramid CR (B3WG6, B3WG7, B3WG8, A3WG7) à absorption d'énergie élevée pour la fabrication d'inserts de pare-chocs notamment.

Rhodia mise lui aussi fortement sur l'automobile avec ses derniers développements dont le Technyl Heat Performance. Selon le producteur, ce polyamide 66 permettrait de faire l'économie du PPA (polyphtalamide) dans des applications critiques soumises à la hausse des températures sous capot. Le matériau a subi des tests de vieillissement à 200 °C pendant 1 000 heures sans présenter de signe de fissuration. En outre, il apporte la facilité de transformation des PA 66 et convient notamment à la réalisation du circuit d'air : répartiteur d'admission, tube... Rhodia a également conçu le Technyl Star AFX qui combine un niveau de renforcement élevé (jusqu'à 60 % de fibres de verre) et une grande fluidité autorisant la production de pièces complexes aux parois fines. Ce matériau convient à l'automobile, par exemple sous forme d'embases de rétroviseurs, d'éléments de transmission ou de structure de sièges, mais aussi à d'autres secteurs comme les machines industrielles et les moteurs électriques. Autre innovation : le Technyl Super Impact (SI) à haute résilience associe résistance aux chocs et rigidité élevée pour des applications aussi diverses que les outils électriques et les articles de sport.

Par ailleurs, Rhodia continue de faire évoluer le couple polyamide/procédé au-delà de l'injection classique. Des grades de PA 6 et 66 ont ainsi été optimisés pour le procédé MuCell de Trexel d'injection de mousse microcellulaire. Les grades Technyl XCell visent en particulier les applications sous capot automobile comme les couvre-culasses ou les tubulures d'admission d'air. Par ailleurs, ses grades Technyl XT se destinent aux transformateurs qui pratiquent l'extrusion et le soufflage. Leur température de mise en oeuvre est d'environ 20 °C inférieure à celle des PA 6, d'où une réduction des cycles de refroidissement et des cadences accrues.

Selon une démarche similaire, Lanxess a mis au point un polyamide 6 souple pour la fabrication par soufflage de tubulures destinées à apporter différents fluides (comme de l'air) au compartiment moteur du véhicule : le Durethan DP BC 600 HTS. Son utilisation serait une alternative économique à la production de telles tubulures par coextrusion séquentielle de deux polyamides de duretés différentes.

3. Polymères hautes performances

Certains polyamides font partie des plastiques hautes performances, une famille de matériaux qui a réussi à percer dans des secteurs aussi exigeants que l'électronique, l'industrie chimique, l'aéronautique... Fournisseur de polyamides hautes performances avec son PA 46 Stanyl, DSM propose une nouvelle génération : le PA 4T. Ce matériau a été optimisé en termes de résistance mécanique à hautes températures, notamment celles atteintes lors du soudage sans plomb en électronique. Sa fluidité élevée assure en outre sa bonne mise en oeuvre sous forme miniaturisée demandée par les marchés de la convergence dans les télécommunications.

De son côté, BASF s'intéresse à l'éclairage automobile et propose un grade noir de polyéthersulfone Ultrason E 2010 black HM qui est capable d'assurer une meilleure dissipation de la chaleur au sein du phare.

Spécialiste des polyétheréthercétones (PEEK), Victrex vient d'innover avec sa gamme MAX-Series capable de supporter des températures extrêmes, au-delà de 250 °C. Ces matériaux se destinent notamment à l'industrie pétrolière et gazière : connecteurs pour puits de forage, connecteurs électriques submersibles, bagues d'étanchéité. Des applications en électronique sont aussi envisagées au niveau des outils de fabrication des semi-conducteurs (paniers, supports, robots).

Enfin, Solvay a lancé une famille de polymères hautes performances pour applications dans les dispositifs médicaux implantables. Il s'agit de la gamme Solviva produite selon les normes internationales en la matière (comme l'ISO 13485). Cette famille comprend le polyétheréthercétone Zeniva, le polyphénylène autorenforcé Proniva, le polyphénylènesulfone Veriva et le polysulfone Eviva. Ces matériaux sont tous stérilisables par irradiation gamma, à l'oxyde d'éthylène ou à la vapeur.

L'ESSENTIEL

- Les polyoléfines gagnent en cadence de production et en réduction d'épaisseur de parois. - Les polyesters thermoplastiques PBT visent la certification IEC/EN 60335-1 sur la sécurité en électroménager. - Les polyamides investissent des procédés autres que l'injection classique. - Les plastiques hautes performances du type PEEK supportent des températures dépassant 250 °C.

LES POINTS FORTS

- La réduction de 20 % des cadences de production grâce à la solidification rapide dans le moule. - La diminution de l'épaisseur des parois et donc l'allègement de 10 à 20 % de l'emballage.

LES POINTS FORTS

- Le PMMA améliore la tenue au vieillissement du substrat en PVC. - Il procure un meilleur niveau de brillance au substrat.

ALLIANCE "NANOMÉTRIQUE" THERMOPLASTIQUE-MÉTAL

- Du Pont de Nemours s'est allié aux sociétés canadiennes Morph Technologies et Integran Technologies et à l'américaine Powermetal Technologies pour développer et commercialiser une technologie hybride métal nanocristallin-polymère. Ce projet vise à produire des composants extrêmement légers mais aussi résistants et rigides que le métal, tout en bénéficiant de la flexibilité de conception des thermoplastiques. La technologie, dénommée MetaFuse, produit ces matériaux hybrides en appliquant avec précision un métal nanocristallin (fer/nickel) sur des pièces moulées en plastique technique de Du Pont de Nemours. On crée ainsi des composants légers, de forme complexe, possédant la rigidité de l'aluminium ou du magnésium et une résistance plus élevée. Les secteurs concernés : l'automobile, l'électronique grand public, les sports et loisirs.

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