- Élastomère thermoplastique
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Les élastomères thermoplastiques (TPE) sont une famille de copolymères (souvent à blocs) ou de mélanges mécaniques de polymères (mélanges « polymère-polymère », souvent un polymère thermoplastique et un élastomère) dont les membres combinent les propriétés élastiques des élastomères et le caractère thermoplastique (ils fondent et durcissent, de manière réversible, sous l'action de la chaleur).
Ce dernier caractère leur confère un moulage plus aisé, ce qui permet au transformateur l'utilisation des procédés de mise en forme des polymères thermoplastiques (injection, extrusion, soufflage ou surmoulage). Cette propriété leur assure un autre atout : ils sont plus facilement recyclables que les autres élastomères.
Ils sont aussi plus facilement colorables.
La gamme de duretés disponibles de ces matériaux est très importante, ce qui permet de nombreuses applications possibles (grande polyvalence). En effet, les duretés Shore des TPE peuvent varier de 0 Shore A (aspect gel) à 50 Shore D (aspect extrêmement rigide).
Leur tenue en température est cependant limitée.
Les élastomères de la famille des styréniques représentent la majorité des élastomères thermoplastiques. Les élastomères styréniques ont pour caractéristique la variété de leurs applications (secteurs des sports et loisirs, de l'emballage, de la santé, du BTP, etc.).
Sommaire
Différentes classes
Il existe une grande variété de TPE. Ils se répartissent en deux grandes familles (des exemples de produits et de noms commerciaux sont indiqués) :
Copolymères à blocs :
- TPE-U ou TPU : TPE de polyuréthane[1],[2] :
- TPE-S ou TPS : TPE styrénique[3] :
- SBS[4] : copolymère bloc styrène-butadiène ; type le plus répandu et un des moins chers ;
- SIS : copolymère bloc styrène-isoprène[5] ;
- SEBS : copolymère bloc styrène-éthylène-butylène ; la structure saturée de la polyoléfine éthylène/butylène procure d'excellentes caractéristiques au vieillissement climatique : tenue à la lumière (rayons UV), à l'oxygène, à l'ozone et à la chaleur (-40 à 120 °C) ; matériau agréable au toucher, pour un contact avec la peau[6],[7] ;
- Divers :
- TPE-E ou TPC : copolyester thermoplastique : COPE (copolymère bloc éther-ester)[9] ;
- TPE-A ou TPA : copolyamide thermoplastique : PEBA (copolymère bloc éther-amide)[10].
Mélanges mécaniques d'un polymère thermoplastique et d'un élastomère :
- TPE-O ou TPO : TPE oléfinique non vulcanisé : mélange PP / EPDM non vulcanisé ; le plus répandu après le SBS[11] ;
- TPE-V ou TPV : TPE oléfinique vulcanisé : mélange PP / EPDM vulcanisé (la réticulation est obtenue par un rayonnement UHF)[12] ;
TPE à base de copolymères blocs styréniques (TPS)
En termes de consommation, on considère que les élastomères de la famille des styréniques couvrent environ la moitié du marché des élastomères thermoplastiques[13].
La structure tribloc (A-B-A) de ces copolymères, la plus courante (par opposition à la structure dibloc A-B), peut être schématisée par :
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- (unité styrène)m-(unité de l'élastomère)n-(unité styrène)q.
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Les blocs (chaînes) terminaux sont thermoplastiques. Le bloc médian élastomère peut être insaturé[14] (exemples : SBS, SIS), saturé (exemples[15] : SEBS, dibloc SEP[16]) ou fonctionnalisé (MBS). Les TPS sont utilisés sans vulcanisation.
Ils peuvent être mis en œuvre par les procédés conventionnels utilisés pour les polymères thermoplastiques (injection...). En effet, en présence de chaleur, sous l'effet de l'agitation thermique, les macromolécules thermoplastiques sont capables de se mouvoir, la matière peut se ramollir et s'écouler, ce qui permet la mise en forme. Après refroidissement, le matériau retrouve sa résistance et ses propriétés élastomères. Ces caractéristiques rendent les TPS aptes à la formulation d'adhésifs ou de mastics thermofusibles ou extrudables.
Selon l'agent de couplage utilisé lors de la polymérisation, la structure moléculaire peut être linéaire (grades linéaires disponibles) ou ramifiée (grades branchés). Elle est binaire (diphasique) : les propriétés élastiques sont dues à la tendance des blocs à se séparer en raison de leur incompatibilité réciproque à l'état solide, juxtaposant une structure souple et résiliente (matrice élastomère) et une structure rigide (domaine thermoplastique). La structure physiquement réticulée des TPS ne permet pas la coalescence à l'ambiante.
Les TPS ont trouvé des champs d'application très variés : utilisation en quantités importantes dans l'industrie de la chaussure (semelles, tiges de bottes...), en compound dans les articles moulés et les produits médicaux[17], en association avec les bitumes pour produire des revêtements routiers, fabrication de polymères résistants aux chocs, d'adhésifs [du type sensible à la pression (étiquettes, rubans...) ou pour l'assemblage].
Notes et références
- Type introduit sur le marché en 1961, marque Estane (B.F. Goodrich).
- Marques Desmopan, Texin, Utechllan (Bayer).
- Marque Thermoplast K (Kraiburg TPE).
- SBS : polystyrène-b-poly(butadiène)-b-polystyrène
- Marque Hybrar (Kuraray Co., Ltd.).
- Stylo, manche d'outil, lunettes, jouet.
- Marque Kraton G (Shell Chem. Co.).
- SEEPS : polystyrène-b-poly(éthylène-éthylène/propylène)-b-polystyrène
- Marque Hytrel (DuPont).
- Marque Pebax (Arkema).
- Marque Santoprene (AES/Monsanto).
- Marques Sarlink (DSM), Forprene (SoFter).
- Michel Le Toullec, Les élastomères - La vague thermoplastique s'étend, magazine Industrie et Technologies, no848, mai 2003, p. 74
- Ce type correspond à la première génération de TPS, marque Kraton D (Shell Chem. Co.). Le SBS a été introduit en 1965.
- Marques Kraton G (Shell Chem. Co.), Septon (Kuraray Co., Ltd.).
- SEP : polystyrène-b-poly(éthylène/propylène)
- Pour les applications médicales, ces matériaux sont compatibles avec les différentes méthodes de stérilisation.
Annexes
Articles connexes
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