Thermodurcissable

La transformation d'un matériau thermodurcissable fait intervenir une polymérisation, laquelle est irréversible et conduit à un produit fini solide, généralement rigide. Ce dernier est infusible donc non transformable, ce qui empêche son recyclage.
Il est souvent préparé par réticulation, deux composants, dont l'un est typiquement une « résine », réagissent sous l'action de la chaleur en présence de réactifs (catalyseur et accélérateur de polymérisation). La structure tridimensionnelle (réseau) formée, stable, présente une résistance thermomécanique et chimique.

Abus de langage

Le mot thermodurcissable est souvent utilisé par abus de langage à la place du mot thermodurci qui désigne un réseau macromoléculaire tridimensionnel. Ce dernier résulte soit de la réticulation de polymères linéaires (monodimensionnels), soit de la polymérisation de monomères dont la valence moyenne est supérieure à 2 (en pratique, un mélange de monomères à 2 et 3 points d'accrochage est utilisé pour flexibiliser la structure).

Mécanisme

Les précurseurs sont souvent des résines à l'état semi-liquide (pré-polymère). Pour le moulage, la résine est mélangée à des charges renforçantes (telles la fibre de verre) et/ou de remplissage (pour notamment baisser le coût : craie, farine de bois, talc, etc.).

Exemple de polymérisation d'une résine polyester insaturée :
résine + styrène (+ charges, additifs) + catalyseur, accélérateur (+ chaleur, pression dans un moule) → structure réticulée irréversible (pontage des chaînes : matériau solide rigide moulé).

La polymérisation peut se produire :

• à température ambiante, après mélangeage (exemple : système bicomposant : la résine et les réactifs sont mélangés au moment de l'emploi) ;
• par chauffage (cuisson, généralement à partir de 200 °C) sous pression, ce qui augmente les cadences de production ;
• en présence de l'humidité de l'atmosphère ambiante (colles à prise très rapide type SuperGlue, certaines peintures et certains silicones) ;
• par irradiation UV, électronique...

La réaction chimique transforme la résine en « plastique » rigide, élastomère, par formation de nœuds (tri et tétravalents) de réticulation et de pontages de chaînes. La matière d'œuvre est généralement liquide, en poudre ou en pastille, conçue pour être moulée et acquérir une forme finale, ou pour servir d'adhésif. L’énergie et les réactifs ajoutés provoquent la liaison des chaînes moléculaires pour former un réseau tridimensionnel.

Propriétés

Un matériau thermodurcissable ne peut être mis en œuvre qu'une seule fois et devient infusible et insoluble après polymérisation. Une fois durci, sa forme ne peut plus être modifiée, un chauffage éventuel ne permettra pas de le fondre : il n'est pas recyclable, mais on peut néanmoins l'incorporer dans d'autres matériaux comme renfort.

Les matériaux thermodurcissables sont généralement plus résistants que les matériaux thermoplastiques. On leur reconnaît une très bonne résistance diélectrique, mécanique, ainsi qu'aux produits chimiques (matériaux non réactifs), et à la chaleur.

Utilisations

La plupart des résines utilisées dans l'industrie des composites sont thermodurcissables.

Exemples

Famille de produits	Premier monomère ou pré-polymère	Second monomère ou pré-polymère ou agent réticulant	Exemple de nom commercial	Principale application
Aminoplastes : résines urée-formaldéhyde ou urée-formol (UF)	Formaldéhyde	Monomère portant des groupes amino- -NH2 : l'urée		Utilisés pour la fabrication de mousses isolantes, de contreplaqués, de panneaux de particules et de panneaux de fibres à densité moyenne (MDF)
Aminoplastes : résines mélamine-formaldéhyde ou mélamine-formol (MF)	Formaldéhyde	Monomère portant des groupes amino- -NH2 : mélamine et parfois le thiocarbamide, le cyanamide hydrogène ou le dicyandiamide	Formica	Matériaux utilisés pour les surfaces des plans de travail
Les phénoplastes ou résines phénol-formaldéhyde : phénol-formol (PF)	Formaldéhyde	Phénol	Bakélite	Matériaux utilisés comme isolants électriques
Polyépoxydes ou époxydes et même époxy par abus de langage (EP)	Monomères ou pré-polymères époxyde	Agent de réticulation (appelé parfois durcisseur) : anhydride d'acide, phénol ou le plus souvent une amine	Araldite	Performants mais onéreux, utilisés dans les adhésifs et les plastiques renforcés fibre de carbone. Voir aussi Plastique à renfort fibre de carbone
Polybismaléimides : polyimides thermodurcissables (PIRP)	Di et/ou polyanhydride d'acide	Di et/ou polyamine
Polyuréthanes (PUR) réticulés	Di et/ou polyols	Di et /ou polyisocyanates
Polyesters insaturés (UP pour unsaturated polyester)	Polyester insaturé	Monomères vinyliques (surtout le styrène)		Performances moyennes et bon marché, souvent utilisés dans les plastiques renforcés fibre de verre
Vinylester (VE)	Pré-polymère époxy estérifié avec un acide carboxylique insaturé	Monomères vinyliques (surtout le styrène)		Performances intermédiaires entre celles des EP et des UP, utilisés surtout dans les composites renforcés fibre de verre

En plus des produits cités dans ce tableau, nous pouvons citer :

• les élastomères vulcanisés ;
• les polyisocyanurates ;
• quelques silicones (SI) ou polysiloxanes.

Pour plus de noms commerciaux de polymères thermodurcissables, voir aussi Matière plastique.

Procédés de mise en forme

• Moulage par coulée. Une résine liquide est coulée dans un moule. Des réactifs et/ou la chaleur provoque(nt) le durcissement de la résine (enrobage, fabrication de manches d'outils...).
• Moulage par compression ou moulage par compression-transfert (variante du premier procédé) : une pression élevée est appliquée à chaud ; ces deux procédés sont utilisés pour former la plupart des pièces thermodurcissables (récipients cylindriques de faible épaisseur, éléments d'appareillage électrique...).

Annexes

Articles connexes

• Réticulation
• Vulcanisation
• Préimprégné
• Thermoplastique

Liens externes

• (en) Duroplast
• Fédération de la plasturgie