Propriétés des plastiques : cristallin ou amorphe

Les plastiques englobent un large éventail de matériaux de diverses combinaisons et formulations de carbone, oxygène, hydrogène, nitrogène et d’autres éléments organiques et inorganiques. La plupart des plastiques sont des solides sous leur forme finale.

Mais à une certaine étape de leur existence, ils sont liquides et peuvent être transformés sous de nombreuses formes. Cette transformation implique généralement l’utilisation de chaleur et/ou de pression.

De nos jours, on compte plus de cinquante familles de plastique dans l’industrie et chaque famille peut avoir des douzaines de variations.

Cristallin ou amorphe

Les polymères sont souvent décrits comme étant cristallins ou amorphes alors qu’il est plus exact de décrire les plastiques par leur degré de cristallinité. Aucun polymère n’est à 100 pour cent cristallin car autrement il ne pourrait se dissoudre à cause de sa structure très organisée.

Cependant, plusieurs polymères sont considérés comme des matériaux semi-cristallins avec un maximum de 80 pour cent de cristallinité. Les matériaux amorphes n’ont pas un ordre établi dans leur structure moléculaire qui les compose et peuvent être comparés à un bol de spaghettis cuits.

Les plastiques amorphes incluent les polymères atactiques alors que leur structure moléculaire ne résulte généralement pas à une cristallisation. Cette catégorie de plastiques amorphes inclut entre autres le polystyrène, le PVC et l’acrylique.

Le degré de cristallinité est une caractéristique inhérente de chaque polymère, mais il peut être affecté ou contrôlé par certains procédés comme la polymérisation ou le moulage.

Les matériaux cristallins présentent une structure hautement organisée et leurs composantes moléculaires sont solidement entassées.

Principales caractéristiques des plastiques cristallins et amorphes

Ces zones de cristallinité sont appelées sphérulites et elles peuvent varier dans la forme et la dimension à travers les zones amorphes. La longueur des chaînes polymères contribue à leurs habiletés à cristalliser. Les polymères composés de carbone ou d’oxygène comme les acétals sont déjà cristallisés.

Les matériaux plastiques comme les nylons et autres polyamides cristallisent à cause de leurs chaînes parallèles et d’une forte liaison hydrogène des groupes amines et carbonyles. Le polyéthylène est cristallin en raison de ses chaînes moléculaires régulières et alignées. Le polytétrafluoroéthylène (PTFE) est aussi hautement symétrique.

Le degré de cristallinité affecte plusieurs propriétés polymériques. En retour, certaines caractéristiques et certains procédés affectent le degré de cristallinité.

Le poids moléculaire affectera la cristallinité des polymères. Le poids moléculaire est une méthode pour mesurer la longueur d’une chaîne moléculaire dans un matériau. Le poids moléculaire des plastiques varie généralement entre 10 000 et 1 000 000.

Plus le poids moléculaire est élevé, plus faible sera le degré de cristallinité et les zones de cristallites seront imparfaites.

Le degré de cristallinité est aussi dépendant du temps disponible pour que la cristallisation se produise. Par exemple, pour une même famille de polymères, Le HDPE (polyéthylène à haute densité) sera plus cristallin que le LDPE (polyéthylène à basse densité).

Le LDPE est flexible, moins dense et plus transparent que le HDPE. Le stress, la direction de l’extrusion et le design des fibres sont également des facteurs qui peuvent faire varier le degré de cristallinité.

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Par Eric LachanceGroupe PolyAlto