Homopolymères et copolymères. Chimie des pièces en plastique

Qui est fan de chimie organique ? Sans les chaînes de molécules à base de carbone, la vie serait difficile. C'est pourquoi, chez Protolabs, nous tenons à honorer ces groupes d'atomes liés appelés polymères. C'est d'autant plus vrai que les plastiques que nous utilisons dans la fabrication sont tous basés sur des chaînes de molécules de carbone et que leur structure chimique influe sur leur résistance, la manière dont ils interagissent avec l'environnement, leur apparence et bien plus encore. Mais il ne s'agit pas d'un cours de chimie organique. Il s'agit d'un article de blog qui vous aidera à comprendre comment les différentes chaînes de molécules organiques affectent la matière que vous choisissez pour fabriquer vos pièces.

Les monomères : Les éléments fondamentaux des matières plastiques

Les monomères sont des molécules qui cherchent à se lier à d'autres molécules. Lorsqu'elles le font, elles forment des chaînes appelées polymères. Il n'est pas surprenant que ce processus s'appelle la polymérisation. Par souci de simplicité, il suffit de savoir que les homopolymères sont des chaînes contenant de longs segments d'un seul type de monomère. Les copolymères sont constitués de deux ou plusieurs types différents de monomères liés.

Sans monomères, il n'y aurait pas de plastiques. Les monomères les plus courants sont l'éthylène, le propylène, le styrène, le formaldéhyde, le phénol, l'acétonitrile et l'éthylène glycol.

Comparaison chimique entre l'homopolymère et le copolymère

Par exemple, le PVC, la canalisation blanche que vous voyez probablement partout dans votre sous-sol, est constitué de monomères d'un seul type - le chlorure de vinyle - qui se sont enchaînés pour devenir du chlorure de polyvinyle. Le terme "poly" signifie "beaucoup". Le copolymère nylon 6/6 est une combinaison de deux monomères : l'acide adipique et l'hexaméthylènediamine.

Building a Copolymer

Il s'agit d'un exemple basique de la manière dont on passe d'une molécule simple à un copolymère beaucoup plus complexe (voir l'illustration). Commençons par un hydrocarbure de base - un cylindre de benzène. Chaque atome de carbone a besoin de quatre liaisons pour être stable, ce qui est le cas du benzène, puisque chaque atome de carbone est lié une fois à un atome de carbone et deux fois à son autre voisin. Pour compléter la molécule équilibrée, nous ajoutons un atome d'hydrogène à chaque carbone.

Pour fabriquer ce styrène (un monomère), il suffit de remplacer l'un de ces atomes d'hydrogène par une molécule de C2H3. Vous avez toujours une molécule stable parce que vos carbones sont heureux avec quatre liaisons et que chaque hydrogène a une liaison.

Pour fabriquer l'homopolymère polystyrène, il faut relier les molécules de styrène entre elles. Les quatre liaisons sur le carbone et une sur l'hydrogène existent toujours. Le polystyrène est stable.

Le passage du polystyrène à l'ABS est un peu plus complexe car il faut ajouter au styrène des monomères d'acrylonitrile et de butadiène. La présence de plusieurs types de monomères en fait un copolymère. Tous les atomes sont satisfaits de leurs liaisons à un, quatre ou, dans le cas de l'azote, trois.

Homopolymères et copolymères : Différences entre homopolymères et copolymères

Par exemple, comparons deux acétals, l'homopolymère Delrin et le copolymère Celcon (alias Tecaform) :

Il faut savoir que les copolymères chargés de verre ont tendance à être plus résistants et à durer plus longtemps que leurs homologues homopolymères. Les fibres de verre ajoutées font ici toute la différence pour améliorer les propriétés mécaniques. Les différences mentionnées ci-dessus s'appliquent à tous les homopolymères et copolymères appartenant à des familles de monomères similaires.

Le choix du polymère

Au final, l'important est de choisir la meilleure matière pour votre pièce, mais le fait de connaître les différences fondamentales entre les homopolymères et les copolymères vous permet de mieux comprendre quel est le meilleur choix.