polyéthylène

polyéthylène (Abréviation EP , obsolète polyéthylène , parfois aussi polyéthylène appelé) est un par polymérisation de l'éthène [C H ₂ =C H ₂ ] thermoplastique fabriqué avec la formule structurelle de chaîne simplifiée

.

Le polyéthylène appartient au groupe des polyoléfines.
Les noms commerciaux connus sont :Alathon, Dyneema, Hostalen, Lupolen, Spectra, Trolen, Vestolen .

Informations historiques

Le polyéthylène a été découvert en 1898 par le chimiste Hans von Pechmann et a été produit industriellement pour la première fois le 27 mars 1933 par Reginald Gibson et Eric Fawcett dans les laboratoires ICI en Angleterre sous une pression d'environ 1400 bar et une température de 170 °C, où il s'est formé comme un revêtement blanc et cireux sur la paroi interne de l'autoclave. Ce n'est qu'en 1940 qu'un procédé de fabrication économiquement viable a pu être développé. En 1953, l'Allemand Karl Ziegler et l'Italien Giulio Natta mettent au point le catalyseur Ziegler-Natta, qui permet de polymériser l'éthène même à pression normale. Les scientifiques ont reçu le prix Nobel de chimie pour cela en 1963. Les catalyseurs métallocènes sont une alternative moderne aux catalyseurs Ziegler-Natta. Celles-ci étaient déjà connues en 1950, mais la percée n'a eu lieu qu'en 1973, lorsque Reichert et Meyer ont ajouté de petites quantités d'eau à un système de titanocène et de chlorure d'alkylaluminium. Les catalyseurs métallocènes produisent du polyéthylène avec des distributions de masse moléculaire plus étroites et une incorporation de comonomère plus uniforme que les catalyseurs Ziegler-Natta.

Dans le commerce, le polyéthylène est utilisé en grande quantité depuis 1957, principalement dans les systèmes de tuyauterie pour l'approvisionnement en gaz et en eau, pour l'isolation des câbles et dans les matériaux d'emballage tels que les emballages sous film rétractable.

Dans l'aérospatiale, le polyéthylène convient à la protection contre les rayonnements de particules en raison de sa grande capacité d'absorption spécifique des rayonnements. La NASA utilise ce plastique depuis les premières missions de la navette.

types d'EP

Une distinction est faite entre :

• PE-HD (HDPE) :chaînes polymères faiblement ramifiées, donc haute densité entre 0,94 g/cm et 0,97 g/cm ("HD" signifie "haute densité").
• PE-LD (LDPE) :chaînes polymères très ramifiées, donc faible densité entre 0,915 g/cm et 0,935 g/cm ("LD" signifie "faible densité").
• LLDPE (LLDPE) :polyéthylène basse densité linéaire dont la molécule polymère ne comporte que de courtes branches. Ces ramifications sont produites par la copolymérisation d'éthène et d'α-oléfines supérieures (généralement du butène, de l'hexène ou de l'octène) ("LLD" signifie "linear low density")
• PE-HMW :polyéthylène de haut poids moléculaire. Les chaînes polymères sont plus longues que dans le PE-HD, PE-LD ou PE-LLD, la masse molaire moyenne est de 500-1000 kg/mol.
• PE-UHMW :polyéthylène à poids moléculaire ultra élevé avec une masse molaire moyenne pouvant atteindre 6 000 kg/mol et une densité de 0,93 à 0,94 g/cm.

Propriétés

Le polyéthylène non coloré est laiteux et terne. Il se sent cireux et peut être rayé. Il brûle avec une flamme vive et dégoulinante et continue de brûler après avoir retiré la flamme. Chimiquement, il se compose d'hydrogène et de carbone, sous forme d'alcanes de haut poids moléculaire. Ses propriétés peuvent être spécifiquement modifiées par une copolymérisation appropriée. Le polyéthylène a une haute résistance aux acides, alcalis et autres produits chimiques.

Le polyéthylène est semi-cristallin. Une cristallinité plus élevée augmente la densité ainsi que la stabilité mécanique et chimique.

Le polyéthylène absorbe à peine l'eau, il flotte sur l'eau. La perméabilité au gaz et à la vapeur d'eau est inférieure à celle de la plupart des plastiques; D'autre part, il laisse passer facilement l'oxygène, le dioxyde de carbone et les substances aromatiques.

La facilité d'utilisation est limitée par le fait qu'il se ramollit à des températures supérieures à 80 °C. Le polyéthylène sans prétraitement approprié ne peut pas être imprimé ou collé, ou seulement difficilement. Le PE peut devenir cassant lorsqu'il est exposé au soleil, c'est pourquoi le noir de carbone est généralement utilisé comme stabilisateur UV.

Propriétés en un coup d'œil

• faible densité (0,87-0,965 g/cm³)
• ténacité et allongement à la rupture élevés
• bon comportement au glissement, faible usure (surtout PE-UHMW)
• Résistance à la température de –85 °C à +90 °C (dépend de la cristallinité, plus elle est faible, moins elle résiste aux hautes températures. Pour les types avec une cristallinité d'environ 20 %, la limite supérieure de la résistance à la température est de 30-50 °C)
• optique, blanc laiteux (opaque), plus la cristallinité (et donc la densité) est faible, plus la transparence est grande. En dessous d'une densité de 0,9 g/cm³, le PE est transparent.
• très bon comportement électrique et diélectrique (résistance volumique spécifique env. 10 Ohm/cm)
• très faible absorption d'eau
• très bon pour l'usinage et non coupant
• Brûle bien ; sans résidus :CO₂ + H₂ O comme produits de combustion
• Le PE résiste à presque tous les solvants polaires (T <60 °C), acides, alcalis, eau, alcool, huile, HDPE et essence
• Insoluble à température ambiante, soluble uniquement dans quelques solvants à température élevée, par exemple dans le 1,2,4-trichlorobenzène, le xylène ou l'hexane

Assemblage de pièces en PE

Étant donné que la plupart des adhésifs plastiques "dissolvent" le plastique à l'aide de solvants (par exemple l'acétone), ils ne fonctionnent généralement pas avec le polyéthylène. De plus, la surface non polaire et hydrophobe empêche cela, ce qui rend également très difficile l'impression sur PE. Cependant, après un traitement au laser, au plasma (plasma à haute pression (« corona ») ou plasma à basse pression) ou à des acides forts (par exemple, l'acide sulfurique chromique), le PE peut être collé et imprimé.

Les pièces cassées en polyéthylène, en revanche, peuvent être mieux soudées avec un pistolet à air chaud réglable.

Dans l'alimentation en gaz, les tuyaux en PE-80, PE-100 et PE-X sont connectés uniquement par soudage par électrofusion, ou PE-80 et PE-100 avec des diamètres plus grands (> DN 200) également par soudage bout à bout (soudage araignée). Le raccordement à l'aide de raccords à fiches est également très répandu dans l'alimentation en eau potable.

Fabrication

Le polyéthylène est fabriqué en polymérisant de l'éthylène gazeux. Dans le processus à haute pression le polyéthylène souple (PE-LD) est produit selon un processus à basse pression le polyéthylène dur (PE-HD) est produit. Dans les deux processus de fabrication, il se présente initialement sous la forme d'un liquide visqueux. Si des catalyseurs supportés (hétérogènes) sont utilisés dans le procédé à basse pression, le polyéthylène se présente sous la forme de grains solides. Les catalyseurs supportés (procédés phase gaz et slurry) sont presque exclusivement utilisés industriellement. Les catalyseurs dissous sont principalement utilisés à des fins expérimentales dans les laboratoires de chimie, où le produit est obtenu sous forme de solution visqueuse.

• Le PE-LD est produit à partir du monomère éthène à des pressions de 100 à 300 bars et à des températures de 100 °C à 300 °C à l'aide d'initiateurs (amorceurs de radicaux libres) (oxygène ou peroxydes).

• Le HDPE et le LLDPE sont produits industriellement selon le procédé Ziegler-Natta. Les caractéristiques de ce procédé sont la basse pression (1 à 50 bar) et la basse température (20 °C à 150 °C). Des esters de titane, des halogénures de titane et des alkylaluminiums sont utilisés comme catalyseurs. Alternativement, le HDPE peut également être obtenu en utilisant le procédé Phillips avec des catalyseurs d'oxyde de chrome à des températures de 85 à 180 ° C et des pressions de 30 à 45 bars.

• Le PE-UHMW peut être produit avec des catalyseurs Ziegler modifiés.

Les catalyseurs monosite (également appelés catalyseurs métallocènes) sont également utilisés depuis plusieurs années et présentent, par rapport aux catalyseurs Ziegler-Natta, l'avantage d'un meilleur contrôle de la réaction et d'un moindre besoin de purification après la synthèse.

Avec une part d'environ 29 %, le polyéthylène est le plastique le plus produit au monde. En 2001, 52 millions de tonnes ont été fabriquées.

Réseautage

Les macromolécules de PE peuvent être réticulées en trois dimensions. La réticulation améliore la résistance à la température du matériau. De plus, la résistance aux chocs et la résistance à la fissuration sous contrainte augmentent. La réticulation se produit pendant ou après le traitement. Le polyéthylène réticulé est appelé PE-X. Il existe quatre méthodes de maillage différentes :

• Réticulation au peroxyde (PE-Xa)
• Réticulation silane (PE-Xb)
• Réticulation par rayonnement (PE-Xc)
• Réticulation azoïque (PE-Xd)

Domaines d'application

• PE-LD et PE-LLD :le matériau est principalement utilisé dans la production de films. Les produits typiques sont les sacs poubelles, les films rétractables et les films agricoles. Dans une moindre mesure, le PE-LD et le PE-LLD sont également utilisés pour fabriquer des gaines de câbles, comme diélectrique dans les câbles coaxiaux et pour les tuyaux et les corps creux.

• PE-HD :le domaine d'application le plus important sont les corps creux fabriqués par le procédé de moulage par soufflage, par exemple les bouteilles pour les produits d'entretien ménager, mais aussi les récipients de grand volume d'une capacité allant jusqu'à 1 000 l (donc appelé IBC). De plus, le PE-HD est transformé en pièces moulées par injection (principalement des emballages) et des fibres, des feuilles et des tuyaux en polyéthylène sont fabriqués à l'aide de procédés d'extrusion et sous vide. Des films pour l'ingénierie hydraulique et la construction de décharges sont également fabriqués à partir de PE-HD, ainsi que des géogrilles et des géopolaires pour la construction de décharges ou la construction de routes et de remblais. Un autre domaine d'application majeur est l'approvisionnement en gaz et en eau potable. Des tuyaux de type PE-80 ou PE-100 sont souvent utilisés ici. Il est facile à souder, mais s'il est posé dans le sol, la ligne doit être noyée dans du sable.

• PE-UHMW :est utilisé, par exemple, pour les pièces de pompe, les roues dentées, les bagues coulissantes, les implants et les surfaces des endoprothèses où un fonctionnement particulièrement doux avec une abrasion la plus faible possible est important. Sur la base de leur poids, les fibres en PE-UHMW sont parmi les fibres synthétiques connues les plus résistantes (Dyneema®, DSM). Ils sont utilisés comme sutures chirurgicales. Ce sont probablement les seules fibres connues à ce jour dont on parle comme matériau pour un ascenseur spatial.

• PE-X :est utilisé, entre autres, pour les conduites d'eau chaude et comme matériau isolant pour les câbles moyenne et haute tension. Le PE-X est également utilisé très fréquemment dans l'approvisionnement en gaz et en eau potable. En raison de sa haute résistance aux rayures (profondeur de rayures max. 20% de l'épaisseur de la paroi), il est particulièrement adapté aux méthodes d'installation sans tranchée, telles que la méthode de forage dans la boue ou l'installation dans le sol avec une charrue. Le PE-X a des propriétés de soudage très médiocres, qui ne permettent que le soudage par électrofusion.

• Fusées hybrides avec du PE comme carburant. (Cliquez sur le menu "Fusées" Toutes les My_Rocket... fonctionnent avec du PE comme carburant