CFP - Innov`Days

LES PLASTIQUES SOUPLES
Guy CHRETIEN - CFP
Chargé de Développement Nouvelles Formations
Lyon – 27 septembre 2012
LES TPE, ÉLASTOMÈRES
THERMOPLASTIQUES
POSITIONNEMENT
Les familles, les critères de choix des
matières, les applications
Définitions
Le caoutchouc thermoplastique
D’après NF T 45-031 qui traite spécifiquement des caoutchoucs
thermoplastiques :
Polymère ou mélange de polymères

ne nécessitant pas de vulcanisation ou de réticulation
lors de sa mise en œuvre,

mais qui présente, à la température de service, des
propriétés similaires à celles du caoutchouc vulcanisé.
Ces propriétés

disparaissent à la température de mise en œuvre,
rendant possible une mise en œuvre ultérieure,

mais réapparaissent lorsque le matériau revient à la
température de service.
Structure générale des TPE
2 phases distinctes avec polymères différents :
1. Segments rigides organisés en domaines rigides
 nœuds réversibles du réseau :

T° ambiante  intégrité mécanique du matériau

T° élevées  ramollissent  mise en œuvre
2. Segments souples  phase présentant des
caractéristiques élastiques.

Peuvent subir grandes déformations à T° ambiante.
Pas de mélange des 2 types de segments (polymères)
 création noyau rigide repousse segments souples
Comparatif avec les caoutchoucs vulcanisés
TPE
Caoutchouc vulcanisé
Sphères,
cylindres ou
Lamelles
300 Å
Liaisons « H »
Liaisons covalentes
2 grandes familles de TPE
Mélanges physiques
de 2 polymères
Les copolymères séquencés
Obtenus par copolymérisation
(Mélangeur interne, extrudeuse bivis)


1 polymère pour la phase
rigide (Ex : PP)


1 polymère pour la phase
souple (Ex : EPDM)
Blocs polymères pour la
phase rigide (Ex : PS)
1 bloc polymère (ou copo)
pour la phase souple
(Ex : butadiène ou éthylène-butylène)
Norme Européenne : ISO 18064 - Août 2005
TPA – TPC – TPS - TPU
TPO - TPV
TPZ
Les copolymères séquencés


Enchaînement contrôlé des motifs,
Répartition consécutive des motifs.
Différentes structures :
 Polymères tri blocs :
Linéaire
Segment dur
Segment souple

Tri-chaînes,
en « T »
ou branché
Polymères multiblocs :
Tétra-chaînes,
en « X »
ou en étoile
Les copolymères séquencés
Les TPS, élastomères thermoplastiques styréniques
PS
PS
Segment souple
PolyButadiène
SBS
Poly(Ethylène-Butylène)
SEBS
PolyIsoprène
SIS
Poly(Ethylène-Propylène)
SEPS
Les copolymères séquencés
Les propriétés
Dépendent de :

Nature des segments souples,

Longueur des segments,

Morphologie des chaînes macromoléculaires




linéaires,
branchées,
en étoile, …
Rapport phase souple/phase rigide
Les copolymères séquencés
Composition des différents copolymères
Type de
blocs
Nature
phase rigide
Nature
phase souple
TPA
Multiblocs
Polyamide
Polyéther
TPC
Multiblocs
Polyester
Polyéther
Polyester
TPS
Tri-blocs
Polystyrène
Polybutadiène
Polyisoprène
Poly(éthylènebutylène)
TPU
Multiblocs
Isocyanate
Polyester
Polyéther
Etendues des duretés par catégorie de TPE
Shore A
Shore D
TPA
TPA
TPC
TPC
TPS
TPS
TPU
TPU
TPV
TPV
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
40 50 60 70 80
Comparatif des DRC pour une dureté de 65 shore A
DRC 22 h à 23°C
DRC 7 jours à 25°C
30
25
20
15
65A
10
5
0
Les copolymères séquencés
Les TPU, élastomères thermoplastiques polyuréthanes
Polyesters  meilleures propriétés mécaniques,
 bonne résistance chimique.
 Polyéthers  plus résistants à l’hydrolyse,
 Plus résistant aux attaques biologiques.
Les plus :


Ténacité élevée,

Bonne résistance à l’abrasion, à la déchirure, à la rayure
et aux chocs,

Bon comportement à l’ozone, aux huiles et aux
hydrocarbures aliphatiques, aux flexions répétées, au
froid.
Les copolymères séquencés
Les TPC, copolymères éther-ester (COPE)
Polyesters éthers  les plus courants.





Ténacité, propriétés mécaniques élevées,
Résistance à la fatigue dynamique (flexions répétées, …),
Résistance à l’abrasion,
Bon comportement à l’ozone, aux huiles et aux produits
pétroliers, au froid,
Bonne imperméabilité aux gaz.
Polyesters esters  combinaison de bonnes propriétés :

Résistance aux hautes températures (150 °C en continu,
205 °C en pointe),


Résistance à l’abrasion,
Tenue aux UV et aux produits pétroliers.
Les copolymères séquencés
Cas des TPA, Polyéther Bloc Amide (PEBA)

Bonnes propriétés mécaniques statiques et dynamiques.





mais leur prix les destine à des applications spécifiques.
Ténacité,
Résistance à l'abrasion,
Résistance aux flexions répétées,
Bon comportement à froid.
Les mélanges

Alliages constitués de 2 composants incompatibles :

Matrice TP rigide

Fines particules d’élastomère





Banbury
(exemple : PP) ,
(exemple : EPDM)
Aussi petites que possible (meilleures caractéristiques)
Dispersées uniformément dans la matrice TP
Non vulcanisées  TPO
Vulcanisées  TPV
Mélange sous forts taux
de cisaillement dans :

Mélangeur interne, ou

Extrudeuse bi-vis
Clextral
Les mélanges
Les TPO, élastomères TP à base oléfiniques





Bonne résistance à l’oxydation et aux conditions
atmosphériques
Mauvaise résistance aux huiles et solvants aliphatiques
et polaires
DRC élevée en particulier à haute température
Domaine de température : -60 à +80 °C (120°C)
Facilité de recyclage des déchets
Phase élastomère souple
Phase continue TP rigide
Structure TPO & TPV
Les mélanges
Les TPV, élastomères TP à phase élastomère vulcanisée
La vulcanisation dynamique
Thermoplastique
+
Elastomère
(non vulcanisé)
Elastomère
vulcanisé et
dispersé dons
la phase TP
+
Agents de
vulcanisation
+
Ingrédients
Chaleur +
Cisaillement
Les mélanges
Les TPV, élastomères TP à phase élastomère vulcanisée
Ce sont des « alliages »

Phase caoutchouc (EPDM) fortement réticulée,

Vulcanisation in situ au cours du mélangeage :



C’est la vulcanisation dynamique,
Couverte par des brevets.
Particules de caoutchouc réticulé l’ordre du micron
Phase élastomère souple
Phase continue TP rigide
Structure TPO & TPV
Les mélanges
Composants
PP/EPDM
•
•
•
•
•
Hifax (LyondellBasell),
Vistaflex (AES/Exxon mobil)
Keltan TP (Lanxess)
Engage (Dow)
Multibase ER
PP/EPDM-VD
•
•
•
•
Santoprene (AES)
Sarlink (DSM)
Vyram (AES)
Nexprene (LyondellBasell)
TPO
Phase
élastomère non
vulcanisée
TPV
Phase
élastomère
vulcanisée
Noms commerciaux
PP/NBR-VD
• Géolast (AES)
PP/IIR-VD
• Trefsin (AES)
EVA/VC
VD = Vulcanisé dynamiquement
Les mélanges
Les TPV, élastomères TP à phase élastomère vulcanisée
Les plus :

Large éventail de duretés (jusqu’à 45 shore A),

Faible densité,

Bonne résistance au vieillissement (lumière, spécialement
pour les grades noirs, ozone, chaleur),

DRC améliorée,

Bon comportement à la fatigue dynamique,

Soudabilité aux polyoléfines,

Aptitude à la coloration,

Facilité de recyclage des déchets.
Les autres TPV

PP/NBR-VD : Geolast, Nextril



PP/IIR-VD : Trefsin





Résistance aux huiles et produits pétroliers
Substitution des NBR et ECO
Imperméabilité aux gaz,
Conformité aux réglementations pharmaceutiques
Propriétés amortissantes
Substitution des IIR, CIIR, BIIR
Les EVA/VC : Alcryn


Résistance aux huiles et produits pétroliers
Retardateur de flamme
TPE à base de silicone : TPSiV
Caoutchouc silicone vulcanisé et dispersé dans la phase
continue plastique.

Propriétés






50 shore A à 60 shore D
Résistance en température = 150 °C
Excellente résistance à l’abrasion et à la rayure
Excellente résistance aux produits chimiques (fuel, huile …)
Peu d’odeurs
Applications


Domaines : automobile, sports, loisirs
Pièces : joint d’étanchéité, durites, …
TPE à base de polyacrylate : Zeotherm
Caoutchouc polyacrylate ACM vulcanisé dynamiquement et
dispersé dans la phase continue de polyamide 6-6
 Propriétés :





60-90 shore A
-40 à 150°C (pointe à 175°C sur temps court)
Excellente résistance aux huiles (IRM 903)
Surmoulage sur PA
Applications :



Domaines : automobile
Pièces : conduits d’air, durit huile, joint dynamique
Remplacement de l’ACM (pas de post vulcanisation) et
TPC (COPE)
TPE à base de polyacrylate
Caoutchouc d’acrylate d’éthylène (AEM), vulcanisé
dynamiquement et dispersé dans la phase continue de
copolyester.
 2 grades disponibles :




60 et 90 shore A
Température en service 165°C
Excellente résistance aux huiles (IRM 903)
Plus résistant au froid et à la chaleur que l'ACM
TPV avec la phase SEBS vulcanisée
PP/SEBS vulcanisé

Propriétés des Multiflex TEV :

Concurrent des TPV et EPDM

Température en service 125°C

Amélioration des DRC et des tenues aux huiles

Duretés de 30 à 40 Shore A

Surface mate
Les alliages TP / caoutchoucs issus du recyclage

Démarche de recyclage des PUNR (Pneumatiques Usagés
Non Réutilisables)  poudrettes et granulats de caoutchouc
mis sur le marché.

Développement (depuis 20 ans) de brevets d’association
granulats et poudrettes avec matrices polyoléfines.

Des applications existent sur les poudrettes seules

Mise en place au niveau européen de projets de R&D
visant à la mise sur le marché de matières souples
associant des TP et des déchets de caoutchouc broyés.

Objectif : mettre au point des matrices associant des
matières plastiques issues du recyclages (PE ,PP) et
des poudrettes ou granulats de caoutchouc issues de
pièces en fin de vie