Démystifier le polypropylène

Lee monde des polymères peut parfois être déroutant avec tous les différents types de plastique. Pour rendre les choses encore plus confuses, un polymère peut parfois prendre des propriétés différentes lorsqu’il est transformé en copolymère. Pour ajouter à la confusion, la façon dont un polymère se cristallise peut également affecter ses propriétés finales. P e polypropylène (PP) est un plastique simple qui peut se transformer de manière significative en fonction de sa structure cristalline et de sa teneur en copolymères. Il s’agit d’un plastique courant dans notre vie quotidienne, à tel point que nous ne prêtons plus attention à son existence. Cela s’explique en partie par le fait que le polypropylène a tellement de qualités et de types différents qu’il est difficile de le reconnaître. Pour la présente discussion et par souci de concision, nous limiterons le champ d’application du polypropylène au monde des tuyaux.

Commençons par la teneur en cristaux et la structure du PP et la manière dont elles affectent les propriétés finales. En règle générale, vous trouverez du PP avec une teneur en cristaux de >90 % pour les tuyaux, car plus le matériau est cristallin, meilleures sont ses propriétés physiques. La cristallinité élevée est nécessaire pour gérer les environnements exigeants et transporter des produits chimiques sous pression. Pour produire des cristaux, le polypropylène doit avoir un degré d’ordre élevé. Le PP atactique ne se prête pas à la formation de cristaux en raison du caractère aléatoire du polymère (faible degré d’ordre). Le PP syndiotactique est plus ordonné, mais l’alternance du groupe méthyle sur la chaîne de carbone limite fortement la capacité à former des cristaux tridimensionnels significatifs. Le PP isotactique est le meilleur arrangement pour une croissance cristalline significative.

Le PP isotactique (iPP) a une forme spécifique qui peut s’emboîter différemment. Les trois différents types de structures cristallines que le PP isotactique peut produire sont a, b et g. Nous pouvons ignorer la structure gamma car elle est instable dans des conditions normales et ne se trouverait pas en vrac dans un tuyau ou une vanne. Les phases alpha et bêta constituent l’essentiel des matériaux de la plupart des tuyaux. Il existe quelques différences entre les différentes phases, comme le montre le tableau comparatif ci-dessous :

Les propriétés sont à peu près les mêmes lorsque vous les examinez côte à côte, le (BETA)-iPP (polypropylène isotactique à cristaux bêta) ayant une résistance à l’impact nettement supérieure, comme l’indiquent les chiffres du test Izod entaillé. La différence visuelle entre les deux échantillons lors de l’essai de résistance au goulot est également évidente.

Les différentes façons dont les matériaux s’affinent au fur et à mesure qu’ils s’étirent sont très visibles sur la photo de gauche. Le matériau AA (a-iPP) s’amincit considérablement dans la zone du col avant de se rompre. Le BB (b-iPP) s’amincit également, mais sur toute la longueur de l’échantillon et non dans une seule zone localisée. Ces propriétés sont importantes car elles vous indiquent si le matériau se comporte de manière plus élastique (b-iPP) ou plus rigide (a-iPP). L’élasticité du matériau déterminera sa capacité à supporter les « coups durs » sur le terrain. Toutes ces propriétés doivent être prises en compte lors du choix du type de PP que vous souhaitez utiliser.

Le choix suivant consiste à déterminer si le polypropylène que vous souhaitez est un « homopolymère » ou un « copolymère », et quel type de copolymère conviendrait le mieux à votre application. Tout d’abord, un homopolymère est un polymère composé d’un seul monomère spécifique (l’élément constitutif du polymère). Un copolymère est un polymère composé de plusieurs types de monomères. Il existe quatre façons générales de fabriquer un copolymère :

Les copolymères alternés de polyéthylène (PE) et de polypropylène (PP) dans un rapport de 50/50 sont généralement trop flexibles et ne forment pas bien les cristaux, de sorte que ce type n’est pas utilisé pour les tuyaux. Les copolymères en bloc contenant entre 5 % et 15 % de PE peuvent être agencés en blocs réguliers, ce qui crée un matériau ayant une grande résistance aux chocs et pouvant être utilisé dans l’industrie, mais qui n’est toujours pas utilisé dans les tuyaux. Les copolymères greffés sont généralement utilisés dans les membranes où un polymère « actif » est greffé sur un film ou un tissu, mais vous ne verrez pas ce type de polymère dans les canalisations. La construction en copolymère aléatoire est celle que nous voyons dans les tuyaux, et les matériaux contiennent jusqu’à 6% de PE incorporé de manière aléatoire dans le PP. Ce type de construction contrôle la croissance des cristaux et produit des cristaux minuscules et plus uniformes dans le matériau. Les changements apportés au matériau sont très visibles dans le test de résistance à l’impact entaillé, où les résultats peuvent être jusqu’à 10 fois supérieurs à ceux de l’homopolymère. Le tableau suivant montre une comparaison entre l’homopolymère et le copolymère aléatoire :

Les propriétés du copolymère aléatoire de PP complètent bien celles de l’homopolymère de PP, en particulier lorsqu’il est utilisé dans les tuyaux. Le copolymère aléatoire fournit un matériau plus élastique et plus résistant aux chocs pour les zones où les chocs et les coups sont plus probables. En outre, le copolymère aléatoire peut offrir une meilleure résistance à la fissuration sous contrainte à des températures de fonctionnement plus basses si l’environnement est un facteur.

Le polyéthylène est la structure polymère la plus simple, et il est étonnant de constater à quel point l’ajout d’un groupe « méthyle » ajoute de la complexité à une molécule. Passer du polyéthylène au polypropylène introduit un tout nouveau monde de cristaux a et b, chacun ayant ses propres propriétés et utilisations. Nous avons également constaté que les différents types de polyéthylène, qu’il s’agisse d’homopolymères (PP-H) ou de copolymères aléatoires (PP-R), offrent des avantages uniques que nous nous ferons un plaisir de vous présenter plus en détail.

Cet article a exploré certaines des subtilités et des avancées du polypropylène. Nous avons examiné certains aspects clés des polymères et des copolymères et discuté de l’impact potentiel de ces innovations, mais la compréhension des fondements n’est qu’un début. Pour vraiment exploiter la puissance de ces progrès et les transformer en avantages tangibles pour votre organisation, vous avez besoin d’un partenaire qui non seulement comprend les subtilités des thermoplastiques et de leurs applications, mais qui a également fait ses preuves en traduisant les possibilités techniques en solutions concrètes.

L’article présenté ici n’est que la partie émergée de l’iceberg. Si vous souhaitez obtenir de plus amples informations, si vous avez des questions ou si vous souhaitez obtenir des recommandations, n’hésitez pas à contacter Josh Goldberg à l’adresse suivante [email protected] ou directement Asahi/America pour organiser un Déjeuner et apprentissage.

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