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Jeudi 31 juillet 2008
On désigne par renfort tout produit ni soluble ni miscible qui, mélangé à un polymère, permet d'améliorer une ou plusieurs propriétés ou caractétistiques (éléctriques, diélectriques, mécaniques, chimiques, coût de production) du mélange final :
Ne pas associer restrictivement les "renforts" et les "composites" uniquement aux fibres longues.

Classification des renforts
techniques classiques de mise en oeuvre (extrusion, injection, etc...)
De nature granulaire ou sphérique  : billes de verre, CaCO3 noir de carbone (D1/D2)
De nature lamellaire : talc , mica (D/e)
De nature aciculaire (aiguilles) : wolllastonite, fibres courtes (L < 2 mm)

techniques spécifiques (compression, bobinage, projection, etc..)
De nature fibrillaires : fibres longues (L>2 mm), verre, carbone, kevlar

Dans la désignation normalisée d'une Matière plastique, le type de renfort utilisé doit apparaitre comme indiqué dans le tableau ci-dessous suivi de la teneur en masse.
Par exemple: le renfort fibre de verre sera désigné par GF, et une poudre minérale par MD. Les mélanges de matériaux ou de formes peuvent être indiqués, entre parenthèses, par la combinaison des symboles pertinents utilisant le signe "+". (GF+MD)




LE VERRE
Le verre sous forme filée présente une excellente résistance mécanique ainsi qu'une remarquable inertie chimique, tenue thermique et isolation électrique.
Les fils de verre sont désignés comme suit : (NF B 38-106 / -001)
- 1 lettre désignant le type de verre
E : usage général, bonne prorpriétés électriques (représente 90% des applications)
D : hautes propriétés dielectriques
A : Haute teneur en ALCALI
C : bonne résistance chimique
S ou R : haute résistance mécanique,
- 1 lettre indiquant les fils utilisés
C : continu pour la silionne. (obtention par etirage mécanique)
D : discontinu pour la verranne, (obtention par etirage pneumatique)
- 1 nombre de 1 à 2 chiffres donnant le diamètre de référence en micromètres,
- la masse linéique exprimée en tex (10-6 kg/m)
- puis tous renseignements utiles.

ex : EC 10 40 : silionne de verre E, 10 µm de diamètre moyen, 40 tex.


LE CARBONE
Le carbone est utilisé dans les polymères sous 3 formes très différentes
- Les fibres de carbone  :
        fibres broyées (L = 30µm à 3 mm)
        fibres courtes (L = 5 mm)
        fibres longues (L = 5 à 20 mm)
        fibres continues pour bobinage filamentaire, pultrusion,
        tissus pour moulage de haute qualité
        tissage tridimensionnel, fabrication récente,  (remplit de résine pour pièces hautes performance, coût élevé)

- le noir de carbone "carbon black" : (utilisé dans les caoutchoucs  naturels) résistance au UV (vieillissement),  plastiques conducteurs
- le graphite : ( palier, coussinet) pour pièces autolubrifiantes

LE CARBONATE de CALCIUM (CRAIE)
Le carbonate de calcium (craie) est le plus utilisé (en tonnage) des minéraux dans l'industrie plastique. Il permet de réduire les coûts en réduisant le contenu en polymère par pièce. De forme granulaire (renforts de première catégorie),  il permet aussi de réduire les retraits et le vieillissement UV ; par contre, la sensibilité à la rayure des pièces est visiblement accentuée. On l'utilise dans les polyoléfines (PE, PP, ....)  pour la fabrication de mobilier de jardin.

LE TALC (talc de Luzenac)
De forme lamellaire (renforts de deuxième catégorie), le talc représente un renfort très populaire dans les plastiques. Il permet de réduire les anisotropies de retraits, d'augmenter la résistance thermique, la rigidité et d'obtenir une coloration en blanc. Sa faible dureté, sur l'échelle des minéraux, n'entraine pas d'usure des outillages.


LE MICA (Micarec)
Les propriétés du mica en font aujourd'hui un agent de renforcement très économique :
- structure lamelllaire -> renforcement bidirectionnel,
- inertie chimique,
- excellente isolation électrique,
- grande rigidité mécanique,
- excellente tenue thermique,
- propriétés anti-ultraviolets.

Déjà utilisés dans des résines thermodurcissables pour assurer une tenue en température et une meilleur stabilité dimensionnelle, les micas ( granulométrie de 20 à 450 µm) trouvent des applications dans les thermoplastiques injectés :
- polypropylène (pièces automobiles, électroménager)
- polyamides,
- polyesters thermoplastiques

Le mica muscovite français présente l'avantage d'être blanc et de permettre des tons pastels pour les pièces alors que la suzorite brune (Amérique du Nord) ne permet que les teintes foncées.

LA WOLLASTONITE (Partek)
De forme aciculaire (renforts aiguilles de troisième catégorie), la wallostonite est un minéral (naturel ou de synthèse) dont l'utilisation se développe dans les polymères techniques (polyamides, PET, époxy). Elle permet d'accroître la résistance thermique et mécanique comme une fibre mais sans altérer l'homogénéité générale des propriétés des pièces (retraits, résistance).

LE POLYTETRAFLUORETHYLENE PTFE)
Connu sous les noms commerciaux de Teflon , Gaflon ou Hostaflon, ce produit est utilisé pour sa tenue en température ( 300°C), ses qualités de frottement et son exceptionnelle inertie chimique.
Le PTFE sera utilisé sous forme de poudre pour améliorer les propriétés frottantes d'un produit.

DIVERS
Il existe beaucoup d'autres produits de renfort d'usage spécifique (kaolin, hydroxyde d'aluminium, MoS2, amiante, argile, sciure de bois, etc...)



renforts masse volumique g/cm3 résistance traction N/mm² Allongement traction    A% module  traction    N/mm² indice de coûts en masse
           
kevlar 29 1,44 2700 4 60 000  
kevlar 49 1,45 2700 2,1 130 000 12
Verre E 2,6 3400 2,6 73 000 1
Verre R 2,53 4400 4 86 000 4
Carbone haut module 1,95 2200 0,6 400 000 100
Carbone haute résistance 1,8 2800 1,2 250 000 65
           
Bore 2,6 3200 0,8 400 000 500
Acier 7,8 2800 1,8 200 000  
           
Mica (paillettes) 2,8 300   172 000  
           
  le verre E est pris comme référence de l'indice des coûts        


On trouve les polyimides (PI) associés à :
- du graphite, PTFE (teflon), MoS2 pour améliorer les qualités de frottement.
Les compounds autolubrifiants ainsi réalisés serviront à la fabrication d coussinets, rotules...
pour fortes pressions et hautes températures,
- des fibres (de verre ou carbone) pour en faire des compounds de moulage (jusqu'à 65% de fibres de 3 à 6 mm de long)
ou des préimprégnés servant à la fabrication de stratifiés plans.

Les charges ajoutées aux polyesters ont les buts suivants :
- augmenter la viscosité pour les applications en surfaces verticales (kaolin)
- diminuer le retraits (mica)
- opacifier la résine
- améliorer certaines propriétés ; abrasion, dureté
- diminuer le prix (mica, CaCO3, kaolin)
- augmenter la conductibilité électrique (graphite)  ou thermique (poudre d'aluminium)
- augmenter la résistance à la combustion (trioxyde d'antimoine, cires chlorées)

80% des polyesters sont renforcés avec de la fibre de verre.
- Roving : pultrusion, bobinage filamentaire
- Feutre ou mat de verre :  de 300 à 600 g/m² pour un renforcement multidirectionnel.
- Tissus pour moulage ou contact ou préimprégnés
- Fibres coupées pour premix ou projection pistolet
- Fibre longues pour préimprégnés ou mat à fibres continues longues.

Le verre comme renfort, permet de conserver une bonne transmission lumineuse. Les fibres de verre reprennent une humidité préjudiciable à l'adhésion verre-résine, il sera donc préférable de les sécher avant utilisation.
Pour une utilisation au contact de l'eau (coque de bateau, planche à voile) ,bien protéger la fibre par la résine (couche de "gelcoat" de 0,3 à 0,6 mm) ; si un choc "écaille" celle-ci, il faut vite réparer pour éviter une reprise d'eau de la fibre.
La fibre d'amiante apporte une bonne tenue de la flamme.
Fibres naturelles : ut lisées pour des prémix bon marché ; jute, coton...
Fibre ssynthétiques : offrent légereté, faible absorption d'eau mais allongement important : polyamide 11 (rylsan), polyamide 6.6, polyester thermoplastique étiré.

Les aminoplastes (MF,UF)
Les résines ont de bonnes propriétés mécaniques et surtout une exceptionnelle dureté et une bonne résistance à l'abrasion
Le plus souvent, les propriétés seront modifiées par les charges introduites :
- sciure de bois: diminution de prix
- cellulose : teintes claires, meilleure stabilité dimensionnelle,
- mica : résistance électrique

Les phénoliques et formophénoliques (PF)
- farine de bois  :  Usage générale
- charge minérale : résistance à la chaleur
- coton : résitance au choc
- mica : applications électriques


stratifiés plans est  utilisée depuis plusieurs dizaines d'années pour la production de plaques isolantes et lamifiés décoratifs de différentes épaisseurs et de dimensions importantes (jusqu'à 4-5 m²) en utilisant comme support plusieurs couches de papier, de tissus ou de minces feuilles de bois imprégnées de la résine thermodurcissable phénolique ou aminoplaste.
Actuellement, on applique d'autres résines thermodurcissables telles que polyester, époxyde ou silicone.
Pour le moulage de lamifiés, on utilise des presses à étages. Les feuilles imprégnées et découpées sont empilées l'une sur l'autre à l'épaisseur demandée et intercalées par les plaques métalliques présentant une face poli-miroir.
Les paquets ainsi formés sont placés entre les plateaux chauffants constituant les étages.
Outre les isolants industriels en papier kraft imprégné de résine phénolique, on produit les lamifiés décoratifs avec la couche extérieures coloriée et imprégnée de résine aminoplaste. La qualité résitante à la brûlure de cigarette contient sous la couche décorative une mince feuille d'aluminium perforée pour répartir rapidement la chaleur.
Le moulage de lamifiés exige la pression de 100-135  bars.


Rappel :

Les polyoléfines PE Polyéthylène



PP Polypropylène non chargés


PP Polypropylène chargés


P-IB Polyisobutylène



P-MP Polyméthylpentène



EPDM Polypropylène modifiés non chargés







Les polychlorures de vinyle PVC-U non plastifiés



PVC-P plastifiés Dureté Shore > 50


PVC-P plastifiés Dureté Shore < 50







Polyacétate de vinyle et ses dérivés PVAC Polyacétate de vinyle



PVAL Polyalcool vinylique



PVB Polybutyral de vinyle



PVFM Polyformal de vinyle








Les styréniques  PS Polystyrène



SB Polystyrène choc



SAN Polystyrène AcryloNitrile chargés et non chargés

ABS Acrylobutadiène Styrène chargés et non chargés

ASA Acrylobutadiène Styrène Acrylate







Les polyacriliques PMMA Polyméthacrylate de méthyle


PAN Polyacrylonitrile








Les polyestères saturés PET Polyéthylène téréphtalate cristallins



Polyéthylène téréphtalate amorphes



Polyéthylène téréphtalate chargés


PBT Polybutylène téréphtalate chargés


PBT Polybutylène téréphtalate non chargés







Les polyamides PA PA6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 4.6, PA 6, PA 11, PA 12 non chargé


Polyamides amorphes chargés et non chargés


PA6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 4.6, PA 6, PA 11, PA 12  chargé


Polyamides séquencés (polyéther blocamide) dureté Shore D > 50


Polyamides séquencés (polyéther blocamide) dureté Shore D < 50 = Shore A de 93-94






Les polyoxyméthylènes POM L< 150 mm (Polyacétals)



chargés








Les polymères fluorés PTFE Polytétrafluoroéthylène


PEP Poly (éthylène-propylène) perfluorés


ETFE Copolymère éthylène-polytétrafluoroéthylène (non chargés) Shore D > 50





Shore D < 50

E/TFE Copolymère tétrafluoréthylène/éthylène non renforcés


Copolymère tétrafluoréthylène/éthylène renforcés avec fibres de verre







PCTFE Polychlorotrifluoroéthylène


PVDF Polyfluorure de vinylidène







Les cellulosiques CN nitrocellulose



EC Ethylcellulose



CA Acétate de cellulose



CP Propionate de cellulose


CAB Acétobutyrate de cellulose







Les polymères à squelette aromatiques










Les polycarbonates PC









Les polysulfones aromatiques PSU Polysulfone chargés ou non chargés


PESU Polyéthersulfone



PPSU Polyphénylsulfone








Les polysulfures de phénylène PPS renforcés








Les polyphénylènes éther PPE









Les polyéthérimides PEI









Les polyamides aromatiques PAA




PPA




PA6-3T









Les polyamides-imides PAI









Les polyaryléthercétones PEEK Polyétheréthercétone



PAEK Polyéthercétoneéthercétone


PEK Polyéthercétone








Les polymères à cristaux liquides  LCP









Les polyuréthannes PUR thermoplastiques Dureté Shore D > 50







Les silicones SI









Les phénoliques et formophénoliques PF Phénoplastes PF2 C3




Phénoplastes PF2 A1, PF2 D1, PF2 D3, PF2 D4






Les aminoplastes MF Mélamine formaldéhyde


UF Urée formaldéhyde








Les polyesters insaturés UP composition de moulage



Préimprégnés 








les époxy EP Epoxydes








Les polyimides PI maléimide




type Vespel ou Kapton








PB Polybutène









PFA Copolymère alkoxy perfluorés








FEP Poly éthylène/propylène perfluorés



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