Principes et fonctionnement des dopants TPE thermoplastiques élastomères

Les matériaux TPE sont classés comme appartenant à un groupe de matériaux entre les thermoplastiques et les élastomères. Les thermoplastiques sont formés par des chaînes polymériques entrelacées. Elles sont maintenues ensemble par des interactions intermoléculaires telles que les forces de van der Waals. Sous l’action de la chaleur et de forces de cisaillement, ils peuvent être façonnés en utilisant le procédé du moulage par injection. Lorsqu’ils refroidissent, ils durcissent à nouveau. Ils sont infusibles. Leur réseau est stable, même à des températures élevées, et ils se distinguent par une grande solidité et rigidité.

Les élastomères, désignés souvent simplement sous le nom de caoutchoucs, sont réticulés chimiquement. La densité des nœuds est toutefois nettement plus faible que chez les thermodurcissables, ce qui fait qu’il subsiste de grandes zones élastiques entre chaque nœud. Ce sont elles qui déterminent leurs propriétés élastiques. Il n’est pas possible de faire fondre un élastomère. Une fois réticulés, ils conservent leur forme.

Chez les élastomères thermoplastiques, on fait généralement une distinction entre les TPE de réacteur (par exemple les TPA, TPU ou TPC) et les compounds TPE (par exemple les TPS ou TPV).

Compounds TPE: TPE qui résultent de l’association d’au moins deux sortes de polymères différents. TPE de réacteur: Les propriétés matière du TPE sont couvertes par une sorte de polymère. Lors de l'extrusion, le matériau de base est versé sous forme de granulés dans les vis. Les températures élevées à l'intérieur du cylindre chauffé font fondre le matériau. La buse donne au matériau fondu la forme du profilé souhaité. During co-extrusion, various plastics from different extruders or cylinders are joined together.

Au sein des élastomères thermoplastiques, les polyuréthanes thermoplastiques (TPU) constituent une sous-catégorie. Les polyoléfines thermoplastiques (TPO) sont soit un mélange d'un thermoplastique oléfinique (par exemple le PP) et d'un élastomère non réticulé (par exemple l'EPDM), soit un copolymère oléfinique comportant un segment souple et un segment rigide. Les élastomères thermoplastiques de polyester (TPC) sont des copolymères à blocs de polyester et de polyéther. Les élastomères polyamides thermoplastiques (TPA) sont des copolymères à blocs basés sur des polyamides et des éthers ou sur des polyamides et des esters. Dans la chaîne polymérique, le polyamide (p. ex. PA6) constitue la phase dure et les composants éther ou ester forment les phases souples pour les propriétés élastiques.

Contrairement à la plupart des élastomères qui sont des thermodurcissables, les TPE sont relativement faciles à utiliser dans la fabrication et peuvent être retraités à l'aide d'équipements et de procédés de plasturgie conventionnels tels que l'extrusion et le moulage par injection. En raison de leur capacité à être remodelés, les TPE peuvent être recyclés comme les thermoplastiques. Dans le cadre d'un développement avec un partenaire industriel, nous avons entrepris la synthèse d'un TPE par extrusion réactive, sans utilisation de solvants ni de nanoparticules. Plus précisément, les travaux ont consisté à développer, la synthèse d'un copolymère triblocs PLA-SBR-PLA. Cette synthèse a été réalisée à partir du lactide et d'un poly(styrène-co-butadiène) di-fonctionnel. Les blocs SBR jouent le rôle de partie soft tandis que le PLA joue le rôle du bloc rigide (Hard), en substitution des nanosilices usuellement utilisés dans ce type d'élastomères.L'effet des conditions opératoires a été tout d'abord évalué sur une micro-extrudeuse à recirculation, sur la microstructure des copolymères synthétisés (taille des domaines de PLA) et leurs propriétés. L'utilisation d'un SBR difonctionnel est très importante pour éviter une séparation de phase entre les deux polymères et de créer des liens forts entre les deux phases. Dans ces conditions, des domaines de PLA de tailles inférieures à 100 nm, voire 50 nm sont obtenus. Ils agissent comme des points de réticulation physique et permettent au matériau d'avoir de bonnes propriétés mécaniques, en particulier un allongement à la rupture à 22°C supérieur à 500%. A titre de comparaison, la synthèse a été réalisée avec un SBR non fonctionnel aboutit à la formation d'un matériau présentant de faibles allongements à la rupture (inférieur à 30% à 22°C).

Nos points forts : Materia Nova dispose d'un parc d'extrudeuses adaptées à l’extrusion réactive et qui lui permet une montée en échelle progressive pour réaliser des réactions de greffage, extension de chaîne ou polymérisation, sur quelques dizaines de grammes, centaines de grammes à quelques kilogrammes. Ces extrudeuses sont équipées d'accessoires permettant de doser différents réactifs sous forme liquides ou de poudres. Grâce à son parc d'analyses et de caractérisations structurales, thermiques, morphologiques, mécaniques, de biodégradation, bio résorption et au feu, Materia Nova peut couvrir toute la chaîne de développement des composites répondant à une ou plusieurs propriétés.

Le développement de matériaux durables est un axe majeur des développements chez Materia Nova. Les élastomères thermoplastiques sont une catégorie de plastiques ayant connu un développement important au cours des dernières années. Matières plastiques ayant des propriétés similaires à celles du caoutchouc, mais une maniabilité thermoplastique. Il existe un grand nombre de TPE, qui diffèrent considérablement à la fois dans leur structure polymère et dans leurs propriétés. Ils ont en commun la structure de base sous forme de polymères séquencés, dans laquelle les segments élastomères copolymérisent avec le polymère de base. Dans de nombreuses catégories de TPE, la proportion de chaînes élastomères dans le polymère total peut varier à l'intérieur de vastes limites et permettre d'effectuer des réglages allant de très rigides à presque mous (consistance de gel). Les TPE ont remplacé en majeure partie de nombreux thermoplastiques plastifiés, tels que le polyamide plastifié. Dans le cas des thermoplastiques plastifiés, le plastifiant, qui n'est que mélangé mais non intégré dans le polymère, se décompose au fil du temps, perd de son efficacité et finit par former une couche graisseuse sur la surface, qui inhibe l'adhérence ou l'impression et dissout même les adhérences qui, à l'origine, étaient bien fixées. Le PVC souple est un plastique encore important aujourd'hui et dont les propriétés élastiques sont basées sur des plastifiants. De tels effets ne se produisent pas avec le TPE. Les propriétés élastomères sont permanentes.

Aujourd'hui, une distinction est faite entre les principaux groupes de TPE :

• TPE-U : polyuréthane souple ; largement utilisé par ex. dans des composants pour chaussures
• TPE-S : copolymères en bloc de styrène
• TPE-E : élastomères thermoplastiques de polyester, élastomères ayant de bonnes propriétés mécaniques et une très bonne flexibilité à basse température
• TPE-O : TPE à base d'oléfines (PP, EPDM)
• TPE-A : aussi « PEBA »= polyéther bloc amide. Copolymères à base de PA6, PA11, PA12. Excellentes propriétés mécaniques et flexibilité à basse température.

Les TPE ont principalement des propriétés non polaires et une faible énergie de surface. Avant le collage ou l'impression, ils doivent être rendus mécaniquement rugueux et activés avec des apprêts chimiques humides. Une alternative avantageuse est l'activation plasma en plasma d'oxygène. Au cours de la même étape de travail, la surface est également nettoyée, en particulier des agents de démoulage, et avec un traitement intensif correspondant, la surface est gravée au plasma, qui remplace la rugosité chimique. Un domaine d'application particulièrement vaste pour le TPE est celui des liaisons dures et souples, dans lesquelles le TPE est injecté sur des inserts en thermoplastiques durs ou inversement.

Les élastomères thermoplastiques sont des matériaux relativement nouveaux qui se caractérisent à la fois par une mise en oeuvre rapide analogue à celle des polymères thermoplastiques et par des propriétés intermédiaires entre celles des élastomères vulcanisés et des polymères thermoplastiques plastifiés. On passe en revue de façon succincte les principaux élastomères thermoplastiques commerciaux ou en développement. Thermoplastic elastomers are relatively new materials that are characterized both by rapid implementation, similar to that of thermoplastic polymers, and by properties intermediate between those of vulcanized elastomers and plasticized thermoplastic polymers. This article makes a succinct review of the leading commercial thermoplastic elastomers or the ones being developed. Data correspond to usage on the plateform after 2015.

Applications et avantages des TPE

Les propriétés élastomères sont permanentes et les TPE peuvent être recyclés comme les thermoplastiques, ce qui en fait une option durable face aux plastifiants des PVC et à certains thermoplastiques plastifiés. Le domaine d'application des TPE est vaste: joints, liaisons dur/soft, pièces injectées sur inserts, et composants nécessitant une bonne flexibilité à basse température.

Tableau récapitulatif des principales familles de TPE

Au plan industriel, les procédés de plasticage conventionnels permettent de retraiter les TPE, ce qui n’est pas toujours possible pour les élastomères traditionnels. Cela ouvre des perspectives de recyclage et de durabilité accrues, notamment dans les domaines de l’automobile, du textile technique et des emballages.

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