Introduction aux plastiques modifiés : bases et processus de production
Le principal équipement de production de plastiques modifiés est l’extrudeuse à double vis. Les propriétés des plastiques modifiés varient en fonction des méthodes et des additifs utilisés. S'appuyant sur plus de 20 ans d'expérience et d'innovation technologique, Yinsu Flame Retardant Company vous guide désormais à travers une compréhension simple des bases et des processus de production des plastiques modifiés.
I. Que sont les plastiques modifiés ?
Le composant principal du plastique est la résine. Par conséquent, ses propriétés fondamentales sont principalement déterminées par la nature de la résine, mais les additifs jouent également un rôle important. La résine représente environ 40 à 100 % du poids total du plastique. La résine est un composé de haut poids moléculaire qui n’a pas été mélangé à divers additifs.
La modification plastique fait référence à tout processus qui améliore ou renforce les propriétés originales de la résine par des moyens physiques, chimiques ou mécaniques. Les plastiques qui ont subi des modifications sont collectivement appelés « plastiques modifiés ».
Le processus de modification peut se produire lors de la polymérisation de la résine synthétique, appelée modification chimique, telle que la copolymérisation, le greffage et la réticulation. Cela peut également avoir lieu lors du traitement de la résine synthétique, appelé modification physique, comme le remplissage, le mélange et le renforcement.
Dans la production actuelle de plastique, une certaine proportion de stabilisants est presque toujours ajoutée pour empêcher la dégradation des matières premières pendant le stockage, le transport et la transformation. Par conséquent, les plastiques non modifiés n’existent pratiquement pas.
Tous les plastiques peuvent être améliorés dans des aspects tels que la densité, la dureté, la précision, la transformabilité, les propriétés chimiques, la résistance à la corrosion, la résistance au vieillissement, la résistance à l'usure, l'ignifugation, les propriétés barrières et la rentabilité grâce à des méthodes de modification.
La modification du plastique est la méthode la plus efficace pour réduire les coûts et améliorer les performances. Il est largement utilisé, notamment dans l’industrie des plastiques recyclés.
II. Pourquoi modifier les plastiques ?
1. Le concept de recyclage des ressources est profondément enraciné
Les ressources mondiales constituent toujours un sujet majeur pour l’humanité. Le concept de recyclage des ressources est profondément ancré. Les plastiques sont fabriqués à partir de produits dérivés du raffinage du pétrole et les ressources pétrolières sont limitées. Par conséquent, le recyclage et la réutilisation des plastiques peuvent préserver les ressources pétrolières et répondre à l’appel national en faveur de la conservation des ressources.
Les plastiques recyclés perdent souvent les propriétés du plastique vierge d'origine. Pour utiliser des matériaux recyclés dans la production de nouveaux plastiques, le processus de modification du plastique est inévitable.
En fonction de différents besoins, des propriétés spécifiques sont améliorées pour fabriquer des produits correspondants, évitant ainsi la perte de ressources. Ce n’est que grâce au recyclage des ressources qu’une véritable protection de l’environnement et des économies d’énergie pourront être réalisées.
2. Élargir le champ d'application des plastiques
Tout d’abord, discutons des avantages et des inconvénients des plastiques.
Avantages : La plupart des plastiques sont légers, bonne stabilité chimique, ne rouillent pas facilement, bonne ténacité, ce qui signifie bonne résistance aux chocs, bonne isolation électrique, faible conductivité thermique, facile à traiter, faible coût de traitement.
Inconvénients : Mauvaise résistance à la chaleur, inflammable, sujet à la déformation sous contrainte, mauvaise stabilité dimensionnelle, pas de haute résistance, fragilité à basse température, mauvaise résistance aux solvants, etc.
Dans les applications pratiques, les propriétés telles que la résistance, le caractère ignifuge, la résistance aux chocs et la transformabilité de ces plastiques doivent répondre à des exigences spécifiques pour être applicables sur le marché.
Par exemple, le PP, en tant que plastique à usage général, ne peut pas répondre aux exigences de performance à basse température, de rigidité et de ténacité dans le domaine des extérieurs automobiles. Ce n'est qu'après avoir modifié le matériau PP pour améliorer sa rigidité et sa ténacité qu'il peut répondre aux exigences d'utilisation.
Les applications quotidiennes exigent souvent que les plastiques possèdent de multiples caractéristiques : à la fois une certaine ténacité et une résistance à la fragilité à basse température, à la fois une isolation et une stabilité.
Le but de la modification du plastique est d'élargir l'environnement d'application des matières premières et d'améliorer considérablement certaines propriétés des matières premières, élargissant ainsi le champ d'application des plastiques. Ainsi, l’importance de la modification plastique va de soi.
3. La synthèse de nouveaux matériaux polymères est difficile, ni économique ni pratique
Depuis la naissance du premier produit en plastique, l’industrie du plastique s’est développée pendant 120 ans. Des milliers de matériaux polymères ont été synthétisés avec succès, mais une centaine seulement ont une valeur industrielle. Plus de 90 % des plastiques couramment utilisés sont concentrés dans les cinq résines à usage général : PE, PP, PVC, PS et ABS.
Le développement de nouveaux polymères polymères nécessite non seulement d’énormes investissements, mais présente également des perspectives d’application incertaines, car ils ne sont ni économiques ni pratiques. Par conséquent, faire bon usage des plastiques existants et accroître leurs performances grâce à une technologie de modification est la solution la plus rentable.
III. Quelles sont les méthodes de modification du plastique ?
1. Modification du remplissage (remplissage minéral)
Améliore la rigidité, la dureté, la résistance à la chaleur et d'autres propriétés des matières plastiques en ajoutant des poudres minérales inorganiques (ou organiques) aux plastiques ordinaires. Il existe de nombreux types de charges et leurs caractéristiques sont extrêmement complexes.
Fonctions des charges plastiques : Améliorer les performances de transformation du plastique, modifier les propriétés physiques et chimiques, augmenter le volume, réduire les coûts.
Exigences relatives aux additifs plastiques :
Chimiquement inerte, ne réagit pas négativement avec la résine et autres additifs.
N'affecte pas la résistance à l'eau, la résistance chimique, la résistance aux intempéries, la résistance à la chaleur, etc. du plastique.
Ne réduit pas les propriétés physiques du plastique.
Peut être rempli en grande quantité.
Faible densité spécifique, n'affecte pas de manière significative la densité du produit.
2. Modification du renforcement (fibre de verre/fibre de carbone)
Mesure de renfort : Ajout de substances fibreuses telles que la fibre de verre ou la fibre de carbone.
Effet de renforcement : Peut améliorer considérablement la rigidité, la résistance, la dureté et la résistance à la chaleur du matériau.
Impact négatif de la modification : Mais de nombreux matériaux peuvent conduire à une mauvaise qualité de surface et à un allongement à la rupture réduit.
Principe de renforcement :
Les matériaux de renforcement ont une résistance et un module élevés.
Les résines possèdent de nombreuses excellentes propriétés physiques, chimiques (résistance à la corrosion, isolation, résistance aux radiations, résistance instantanée à l'ablation à haute température, etc.) et de traitement.
Une fois la résine mélangée au matériau de renforcement, le matériau de renforcement peut améliorer les propriétés mécaniques ou autres de la résine, tandis que la résine peut lier et transférer une charge au matériau de renforcement, conférant ainsi au plastique renforcé d'excellentes propriétés.
3. Modification du durcissement
De nombreux matériaux ne sont pas suffisamment résistants et sont trop fragiles. La ténacité et les performances à basse température peuvent être améliorées en ajoutant des matériaux offrant une meilleure ténacité ou des matériaux inorganiques ultrafins.
Agent durcisseur : Additif ajouté à la résine pour réduire la fragilité du plastique après durcissement et améliorer sa résistance aux chocs et son allongement.
Agents de renforcement courants – principalement des compatibilisants greffés à l’anhydride maléique :
Copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA)
Élastomère polyoléfinique (POE)
Polyéthylène chloré (CPE)
Copolymère d'acrylonitrile butadiène styrène (ABS)
Élastomère thermoplastique styrène-butadiène (SBS)
Monomère d'éthylène propylène diène (EPDM)
4. Modification ignifuge (ignifuge sans halogène)
Dans de nombreuses industries telles que l’électronique, les appareils électriques et l’automobile, les matériaux doivent être ignifuges, mais le pouvoir ignifuge inhérent de nombreuses matières premières plastiques est relativement faible. Ceci peut être réalisé en ajoutant des retardateurs de flamme.
Ignifuge : également appelés ignifugeants, sont des additifs fonctionnels qui confèrent une résistance aux flammes aux polymères inflammables. Il s'agit principalement de composés d'éléments du groupe VA (phosphore), VIIA (brome, chlore) et IIIA (antimoine, aluminium) du tableau périodique.
Les composés ayant des effets anti-fumée comme les composés de molybdène, d’étain et de fer appartiennent également à la catégorie des retardateurs de flamme. Ils conviennent principalement aux plastiques nécessitant un retardateur de flamme, retardant ou empêchant la combustion des plastiques, en particulier des plastiques polymères. Cela les rend plus difficiles à enflammer, augmente le temps d’allumage et favorise l’auto-extinction.
Indices de retardateur de flamme du plastique : Augmentez progressivement de HB, V-2, V-1, V-0, 5VB à 5VA.
5. Modification aux intempéries (anti-âge, résistance aux UV, résistance aux basses températures)
Désigne généralement la résistance au froid des plastiques à basse température. En raison de la fragilité inhérente des plastiques à basse température, ils deviennent cassants à basse température. Ainsi, pour de nombreux produits en plastique utilisés dans des environnements à basse température, une résistance au froid est généralement requise.
Résistance aux intempéries : fait référence à la série de phénomènes de vieillissement qui se produisent dans les produits en plastique en raison de conditions externes telles que l'exposition au soleil, les changements de température, le vent et la pluie, notamment la décoloration, la fissuration, le farinage et la réduction de résistance. Le rayonnement ultraviolet est un facteur clé favorisant le vieillissement plastique.
6. Alliages modifiés
Les alliages plastiques sont de nouveaux matériaux préparés en mélangeant physiquement ou en greffant/copolymérisant chimiquement deux ou plusieurs matériaux pour obtenir des performances, une fonctionnalité et une spécialisation élevées. L’objectif est d’améliorer les propriétés d’un matériau ou de combiner les caractéristiques de plusieurs matériaux. Ils peuvent améliorer ou accroître les performances des plastiques existants et réduire les coûts.
Alliages plastiques à usage général : tels que les alliages PVC, PE, PP, PS sont largement utilisés et leur technologie de production est couramment maîtrisée.
Alliages de plastiques techniques : désignent généralement des mélanges de plastiques techniques (résines), comprenant principalement des systèmes de mélanges basés sur des plastiques techniques comme le PC, le PBT, le PA, le POM, le PPO, le PTFE, ainsi que les matériaux modifiés par la résine ABS.
Le taux de croissance de l’utilisation des alliages PC/ABS se classe parmi les meilleurs dans le domaine du plastique. Actuellement, la recherche sur les alliages PC/ABS est devenue un point chaud dans la recherche sur les alliages polymères.
7. Autres modifications
Comme l'utilisation de charges conductrices pour réduire la résistivité des plastiques, l'ajout de pigments/colorants pour changer la couleur du matériau, l'ajout de lubrifiants internes/externes pour améliorer les performances de traitement du matériau, l'utilisation d'agents de nucléation pour modifier les caractéristiques cristallines des plastiques semi-cristallins afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques et optiques, etc.
De la température d'extrusion à la configuration des vis, de la dispersion des charges au greffage en surface de retardateurs de flamme, chaque gramme de performance des plastiques modifiés réside dans les détails du processus. Ce n'est qu'en optimisant les courbes de cisaillement, de séjour et de refroidissement à l'intérieur du cylindre que les retardateurs de flamme sans halogène peuvent obtenir une distribution « invisible » et une formation de charbon efficace dans les polyoléfines. Il n’existe aucun raccourci dans la mise à niveau matérielle. Seule une double maîtrise précise de l'équipement et de la formulation peut transformer une recette de laboratoire en une « barrière de sécurité » produite en série et de manière stable.
