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Le couple matériau/procédé tend vers l'idéal

M. L. T.

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- Si les producteurs de polymères optimisent les performances de leurs matériaux, ils développent aussi des solutions pour les nouvelles techniques de transformation.

Certains sont si connus qu'ils font partie du langage courant, tels le nylon ou le PVC. D'autres sont un peu plus difficiles à prononcer, comme le polyétheréthercétone ou l'acrylonitrile-butadiène-styrène. Quoi qu'il en soit, les thermoplastiques représentent la famille de polymères la plus étendue en termes de propriétés et d'applications : depuis l'emballage jusqu'à la microélectronique en passant par l'automobile. Ces polymères séduisent par leurs performances techniques, leur esthétique et par les possibilités qu'ils offrent aux concepteurs. Mais aussi en raison d'une de leurs caractéristiques intrinsèques : ils sont recyclables.

1. PLASTIQUES DE GRANDE CONSOMMATION

Premier marché des plastiques de grande consommation, l'emballage est le secteur concurrentiel par excellence où chaque producteur de polymères tente de faire la différence. Les enjeux sont particulièrement importants dans les polyoléfines pour l'emballage alimentaire. La société Borealis lance ainsi le polypropylène Borpact SG930MO pour les applications nécessitant à la fois transparence et résistance aux températures de congélation. Des emballages de seulement 0,6 mm d'épaisseur peuvent être injectés avec des temps de cycle réduits de 16 %. Ce grade est destiné au créneau des pots de crèmes glacées mais aussi à tout emballage devant aller au congélateur.

Des applications de plus en plus techniques

Exxon Mobil s'attaque au segment des emballages thermoformés avec son PP5122E1. Grâce à sa transparence, sa rigidité et sa tenue à la chaleur, ce polypropylène pourrait se substituer au polystyrène et au PET thermoformés dans les gobelets et autres barquettes.

De son côté, Arkema (ex-AtoFina) propose une solution pour améliorer les propriétés des emballages en polypropylène métallisé pour barres chocolatées, biscuits... L'Orevac 18370 est une polyoléfine greffée conçue pour optimiser l'adhérence entre le film métallique et le polypropylène. Cette solution renforce en outre l'imperméabilité à l'oxygène et à l'humidité du film multicouche.

Le polypropylène ne se limite pas au seul secteur de l'emballage. Pour répondre aux besoins d'allègement dans l'automobile, Borealis a conçu ainsi le polypropylène Borcom microcomposite. Le grade Borcom WG 140AI contenant 10 % de "microcharges" est 8 % plus léger qu'un traditionnel polypropylène chargé minéral à 20 %. Les applications visées : les systèmes de climatisation et autres éléments de l'habitacle. La société vient également de lancer sur le marché du BTP un polypropylène spécial pour canalisations d'eau chaude et froide à haute pression. Selon Borealis, le grade Beta-PPR RA7050 présente une tenue, sur le long terme, améliorée de 50 %.

Du côté du polyéthylène, les producteurs innovent pour des applications de plus en plus techniques. Total Petrochemicals lance un grade de polyéthylène métallocène conçu pour le rotomoulage. Le tout premier grade, M 3581 UV, est destiné à la production de pièces creuses pour l'automobile ou le nautisme. Parmi les caractéristiques majeures de ce matériau, Total Petrochemicals cite une forte tenue aux chocs à basse température, une bonne résistance chimique et une faible perméabilité aux solvants et aux carburants.

Quant à Ticona, ses polyéthylènes à ultrahaut poids moléculaire GUR présentent des caractéristiques qui les rapprochent de certains plastiques techniques. Leur extrême résistance à l'usure les destine en particulier à la fabrication d'éléments de frottement dans les convoyeurs, les silos ou même certains camions.

2. TECHNOPOLYMÈRES

Plus résistants aux chocs, aux agressions chimiques, à la chaleur : les plastiques techniques sont principalement tirés par le marché de l'automobile. Les technopolymères sont, par ailleurs, les premiers à avoir franchi le cap des nanotechnologies. Ainsi, BASF propose le polybutylène téréphtalate Ultradur High Speed, dont les propriétés rhéologiques ont été fortement optimisées grâce à l'adjonction d'additifs sous forme de nanoparticules. Pour le transformateur, ceci se traduit par une réduction d'environ 20 % du temps de cycle de production d'une pièce par injection. BASF vise deux marchés principaux : l'automobile et l'électronique.

Arkema lance de son côté les polymères acryliques nanostructurés dénommés Nanostrength. La démarche de la société consiste à contrôler l'organisation de ces polymères à l'échelle du nanomètre pour parvenir à associer des propriétés comme la résistance à l'impact, la rigidité, la transparence ou la tenue à la chaleur. En l'occurrence, c'est le contrôle de la polymérisation radicalaire qui a donné accès aux acryliques Nanostrength, dont les groupements polaires sont compatibles avec d'autres polymères. Arkema les destine au secteur des peintures et adhésifs, mais aussi des composites pour les sports et loisirs, l'automobile et l'aéronautique.

Concurrents des métaux

S'ils ne sont pas encore passés aux nanotechnologies, les polyamides continuent néanmoins de progresser. Aussi bien au niveau de leur formulation qu'en termes de possibilités de mise en oeuvre. C'est ainsi que Rhodia vient de mettre au point des polyamides 6 et 66 adaptés au rotomoulage. Les grades Technyl RTM sont conçus pour la production de pièces de grandes dimensions : éléments de carrosserie, vases d'expansion d'eau, réservoirs d'huile pour circuits hydrauliques, panneaux d'isolation acoustique...

Rhodia a, par ailleurs, mis au point un polyamide 66 pour la production de carrosseries d'automobiles peintes en ligne. Ce matériau concurrence les métaux mais aussi les alliages thermoplastiques pour des applications telles que les ailes de voitures. Une pièce moulée en Technyl A 238P5 M25 peut être assemblée sur le reste du véhicule avant le bain de cataphorèse et supporte une température du four de 200 °C pendant 30 minutes. Ce polyamide peut, en outre, passer en peinture électrostatique sans conducteurs et répond aux exigences d'impact, d'aspect de surface des pièces de carrosserie. Enfin Rhodia lance des polyamides pour l'injection assistée par eau. Avec ses grades Technyl A 338 WIT, la société vise le marché des tubes pour circuits de refroidissement.

Du Pont de Nemours est également sur le créneau de l'injection eau avec ses polyamides 66 Zytel. La toute première application a été mise au point pour BMW : il s'agit d'un tube tridimensionnel destiné au guidage de jauges à huile pour les moteurs diesels deux litres du constructeur. Du Pont a, par ailleurs, conçu des polyamides Zytel "super structurels" comme alternative aux métaux dans des pièces critiques. Ces matériaux sont améliorés en termes de rigidité, de brillance ou de résistance à une pression élevée. Le premier utilisateur est Range Rover qui a choisi un tel polyamide pour un module d'amortissement à ressort pneumatique.

Arkema étend aussi sa gamme de polyamides pour l'automobile. Le groupe français lance le grade Rilsan M-BESN Black P 212 CTL conducteur électrique. Ce polyamide 11 est très résistant à basses températures (jusqu'à - 40 °C) et à la corrosion chimique ; il convient en particulier à la fabrication de tubulures au contact du carburant. Arkema a par ailleurs conçu un polyamide 12 très résistant à l'hydrolyse pour le marché des circuits de refroidissements d'automobiles : Rilsan M-AESN Black P 110 TP. À noter chez DSM l'arrivée d'un polyamide 6 soudable au laser : l'UltraLas K224-HWXG6 est conçu pour la fabrication de pièces de géométrie complexe.

Un alliage de PET et de polycarbonate

Réputés pour leur résistance aux chocs et leur transparence, les polycarbonates sont surtout développés chez Bayer. Le chimiste allemand a récemment réussi à améliorer leur tenue à la chaleur. Ainsi le film Bayfol DP 1202 supporte jusqu'à 205 °C, soit 50 °C de plus qu'auparavant. Ce film pourrait protéger des composants électroniques exposés à de hautes températures en service ou au cours de leur fabrication. Bayer a par ailleurs conçu le Makroblend DP 7645, un alliage de polycarbonate et de PET, pour des applications exigeantes comme des grilles de radiateur d'automobiles.

3. PLASTIQUES HAUTES PERFORMANCES

La troisième grande famille de thermoplastiques présente des propriétés élevées, exigées notamment par le marché de l'électronique. L'une des tendances de ce secteur est la demande croissante en composants capables de résister aux plus hautes températures requises par l'assemblage des circuits au moyen de soudure sans plomb. Ce procédé atteint en effet 250 à 300 °C, soit 20 à 30 °C de plus que par soudage au plomb.

Pour répondre spécifiquement à cette demande, Du Pont de Nemours a conçu le polyamide Zytel HTNLX. Ce grade renforcé verre et retardateur de flamme se destine à la production de connecteurs de cartes SIM pour téléphones mobiles ou d'interrupteurs et connecteurs "input/output" montés en surface. Ticona y répond aussi par une autre solution : ses polymères à cristaux liquides (LCP) Vectra, dont l'un des atouts est d'être naturellement retardateurs de flamme. Les grades T130 et T820 sont recommandés pour les applications nécessitant une soudure sans plomb.

Ticona est aussi l'un des spécialistes des polymères du type sulfure de polyphénylène, PPS. Ces matériaux repoussent encore les limites de résistance en température puisqu'ils supportent des pointes de 280 °C. La société met surtout en avant des solutions innovantes en termes de mise en oeuvre. Le grade Fortron 1115L0 a été conçu pour la fabrication par soufflage de pièces creuses telles des conduites d'air chaud pour moteurs diesels. Ticona a par ailleurs développé du PPS sous forme de feuilles thermoformables pour la production de pièces sous capot automobile, de conteneurs de produits chimiques...

Chez Chevron Phillips, le tout dernier grade d'alliage à base de PPS est le XtelXE3200. Insensible à tous les solvants organiques connus jusqu'à une température de 200 °C, il peut isoler des câbles dans des environnements sévères de corrosion et de température.

Conservation des propriétés diélectriques

Autre spécialiste des polymères hautes performances, Quadrant propose des matériaux combinant résistance à la chaleur et bonnes propriétés diélectriques. À base de polyétherimide (PEI), le Semitron ESd 420 V combine une température de déflexion sous charge de 215 °C et une résistivité superficielle de 106 à 109 ohms. Surtout, ce matériau conserve ses propriétés diélectriques même après une exposition répétée à des tensions élevées. Quadrant propose aussi des polyétheréthercétones (PEEK) qui allient tenue en température, propriétés diélectriques et résistance chimique. Ainsi, le Semitron ESd 480 convient à des applications électroniques en environnements humides qui nécessitent une dissipation statique.

Enfin, les plastiques hautes performances luttent à leur niveau contre la pollution automobile. Les constructeurs ont tous en tête les normes américaines PZEV (véhicules à pollution zéro partielle). Très sévères en termes de réduction d'émissions d'hydrocarbures, ces normes imposent d'améliorer l'imperméabilité des circuits d'alimentation en carburant. Ainsi, Dyneon a conçu le thermoplastique fluoré THV 815 G. Ce matériau est destiné à réaliser des structures multicouches avec des élastomères, pour donner des circuits à la fois souples et imperméables.

LES TENDANCES

- Les nanotechnologies commencent à s'appliquer aux technopolymères - Des polymères sont spécialement conçus pour des procédés non-standards, comme le rotomoulage ou l'injection-eau - Les réglementations liées à l'environnement dans l'automobile tirent vers le haut les propriétés d'imperméabilité des polymères - Des plastiques conçus pour répondre aux impératifs de température du soudage sans plomb en électronique

Orevac 18370 d'Arkema (ex-AtoFina)

- Forte adhérence entre le PP et le film métallique - Élimination des phénomènes de délamination - Amélioration des propriétés barrières de l'emballage

Ultradur High Speed de BASF

- Utilisation d'additifs sous forme de nanoparticules - Réduction des temps de cycle d'injection de 20 % - Possibilité de remplissage de moules complexes

Technyl A 338 WIT de Rhodia

- Polyamide conçu pour l'injection à l'eau - Production de parois internes lisses - Temps de cycle courts grâce au refroidissement à l'eau

Zytel HTNLX de Du Pont de Nemours

- Résistance à la température de soudage sans plomb - Classement au feu V-0 selon la norme UL94 standard - Rapidité de moulage par injection

CES ADDITIFS QUI FONT LA DIFFÉRENCE

- Même si les propriétés des plastiques sont constamment améliorées, les additifs sont souvent indispensables pour faciliter leur mise en oeuvre, améliorer leur tenue au feu... Ainsi, pour le marché du packaging alimentaire, Wacker propose des additifs permettant aux produits de ne pas avoir le goût du plastique qui les emballe. Le principe Cavamax consiste à encapsuler les molécules à l'origine de ce désagrément, par exemple les aldéhydes, dans des cyclodextrines incorporées dans le plastique d'emballage. Ciba propose de son côté toute une gamme d'additifs pour améliorer la "processabilité" des thermoplastiques : ces produits, présentés comme facilement dosables, entraînent peu de poussière et présentent une distribution étroite de tailles de particules. Dans un tout autre domaine, Perstorp a conçu la technologie Polygiene qui confère à un plastique des propriétés anti-SRAS. L'additif est un composé antiviral (exempt de composés chlorés ou de COV) incorporé dans le polymère. Les marchés visés : les équipements sanitaires et d'hygiène pour les hôpitaux, les hôtels... Enfin, la société Byk a conçu des additifs sous forme de nanoparticules : de l'alumine sous cette forme permet d'améliorer la tenue à l'abrasion de revêtements de sol en PVC.

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