Cours Polymères

MOT DE L’AUTEUR 

Ce support de cours de Polymères  est destiné aux étudiants inscrits en 3^ème année Licence Génie des matériaux,  département génie mécanique, facultés des sciences et de la technologie, Universitée Abbes Laghrour,  Khenchela.  Il est conforme au programme de la nouvelle réforme entrée en vigueur depuis 2014/2015. Ce polycopié n’est qu’un complément de cours. Il ne pourra, en aucune façon,  dispenser l’étudiant de sa présence en cours.  L’intention de ce document est de donner un  ʺ bon sens physiqueʺ  au futur ingénieur sur  un Polymère donné, comment en peut mesurer et avec quelle précision, dans un temps relativement restreint.

I. GENERALITE - MATERIAUX POLYMERES. 12

I.1 historique. 12

I.1.1 La science des polymères. 12

I.1.2 L’industrie des matières plastiques. 13

I.1.3 Cycle de vie des polymères. 13

I.1.3.2 Formulation. 13

I.1.3.4 Utilisation, mettant à profit les propriétés des polymères. 14

I.1.3.5 Devenir après usage. 14

I.1.4 Domaines d’utilisation. 14

I.1.5 Classification des polymères. 15

I.1.5.1  Selon la structure chimique et la microstructure. 15

I.1.6 Nomenclature des polymères. 17

II. Nomenclature des polymères « En Chimie Organique ». 22

Introduction.. 22

II.1 Hydrocarbures (HC) saturés acycliques : les alcanes. 23

II.2. Hydrocarbures saturés ramifiés acycliques. 23

II.2.1 Numérotation de la chaîne. 24

II.2.2 Indices et Signs. 25

II.2.3 Ramifications multiples. 25

II.3. Hydrocarbures insaturés acycliques. 26

II.3.1 Hydrocarbures à doubles liaisons : les alcènes. 26

II. 3.2.  Hydrocarbures à triples liaisons : les alcynes. 27

II.3.3. HC avec doubles et triples liaisons. 28

II.4. Hydrocarbures monocycliques saturés et insaturés. 29

II.4.1. Hydrocarbures monocycliques saturés. 29

II.4.2  Hydrocarbures monocycliques insaturés. 29

II.4.3 Hydrocarbures monocycliques aromatiques. 30

II.5 Les Fonctions Chimiques. 33

II.5.1 Détermination du nom d’une molécule fonctionnalisée. 33

II.5.2. Groupes fonctionnels principaux. 34

II.5.3. Alcools R-OH (alcanols) 35

II.5.4 Ethers R-O-R’ (alkoxyalcanes) 35

II.5.5 Ethers cycliques. 36

II.5.6 Les aldéhydes RCHO.. 36

II.5.7 Cétones RCOR’ 37

II.5.8. Acides carboxyliques RCOOH (acides alcanoïques) 37

II.5.9. Esters RCOOR’ 37

II.5.10 Anhydrides d’acides RCOOOCR’ 38

II.5.11 Amines (alcanamines) 39

II.5.12 Amines cycliques. 40

II.5.13. Amides (alcanamides) 40

III. Organisation d’une macromolécule.. 43

III.1 Définition d’un polymère. 43

III.2 Polymères organiques. 44

III.3 Classification des polymères. 45

III.3.1 Thermoplastiques. 46

III.3.2 Thermodurcissable. 46

III.3.3 Elastomères. 47

III.4 Propriétés des polymères. 48

III.4.1 Propriétés mécaniques. 48

III.4.2 Propriétés physiques & électriques. 49

III.4.3 Les propriétés magnétiques. 49

III.4.4 Propriétés toxicologiques. 49

III.5 Constitutions et enchainement des unités constitutives : (mères) 51

III.5.1 Les homopolymères. 51

III.5.2 Cas des copolymères. 51

III.6 Dimensionnalité des polymères. 52

III.6.1 Polymères linéaires (Thermoplastiques) 53

III.6.2 Polymères ramifiés  (Thermoplastiques) 53

III.6.3 Polymères réticulés (Thermodurcissables) 54

III.7 Etat physique des polymères (Structure supramoléculaire) 54

III.8. Domaines d’état structural. 56

III.8.1 Les températures caractéristiques d’un polymère. 56

III.8.2  Etat structural 58

III.9 Isomérie des polymères. 59

III.9.1 isomérie plane de position. 60

III.9.2 Isomérie de fonction. 60

III.9.3 Isomérie Conformationnelle (ou de conformation) 61

III.9.4 Isomérie de configuration. 63

IV. Dimensions et masses des macromolécules. 67

IV. 1 Masse molaire. 67

IV.2 degré de polymérisation. 67

IV.2.1 moyen en nombre. 67

IV.2.2 moyen en poids. 68

IV.2.3 Masse moyenne d’ordre Z. 68

IV.3 Indice de polymolécularité. 69

V- Synthèses des polymères. 72

V. 1. Grande procédées d’obtention de polymères. 72

V.1.1 La polymérisation en chaîne (Poly-addition) 73

V .2. Les techniques de polymérisation. 78

V.2.1  Polymérisation en masse  Ex : PS cristal, PEbd, PMMA, PVC... 78

V.2.2 Polymérisation en solution. 78

V.2.3 Polymérisation en suspension. 79

V.2.4 Polymérisation en émulsion. 80

V.2.5 Polymérisation en phase gazeuse (+ anecdotique) 82

V.3 Conclusion. 82

VI- Mise en forme des polymères. 84

Introduction.. 84

VI.1 L’extrusion. 84

VI.2 Lignes d’extrusion. 86

VI.2.1 Extrusion de tubes, de profilés creux, de profilés pleins, de joncs... 86

VI.2.2 Extrusion-gonflage ou soufflage de gaine. 86

VI.2.3  L’extrusion-soufflage de corps creux. 87

VI.2.4  Le calandrage. 89

VI.2.5 Le thermoformage. 90

VI.2.6 Le moulage par compression. 91

VI.2.7   Injection des thermoplastiques. 92

VI.2.8  Injection soufflage. 92

VII. Caractérisation des polymères. 95

VII.1 Caractérisation Mécanique. 95

VII.1.1 Caractérisation mécanique statique. 95

VII.1.2 Caractérisation mécanique dynamique. 102

VII.2 Analyse thermique : l’analyse enthalpique différentielle (DSC) 108

VII.2.1 La capacité de chaleur 110

VII.2.2 La température de transition vitreuse. 111

VII.2.3 La Cristallisation. 112

VII.2.4 La fusion  113