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Qu’est-ce que le polypropylène (PP), et à quoi sert-il ?

Le polypropylène (PP) est un  » polymère d’addition  » thermoplastique fabriqué à partir de la combinaison de monomères de propylène. Il est utilisé dans une variété d’applications pour inclure l’emballage des produits de consommation, les pièces en plastique pour diverses industries, y compris l’industrie automobile, les dispositifs spéciaux comme les charnières vivantes, et les textiles. Le polypropylène a été polymérisé pour la première fois en 1951 par deux scientifiques de l’industrie pétrolière de Phillips, Paul Hogan et Robert Banks, puis par les scientifiques italiens et allemands Natta et Rehn. Il s’est imposé extrêmement rapidement, puisque la production commerciale a commencé à peine trois ans après que le chimiste italien, le professeur Giulio Natta, l’ait polymérisé pour la première fois. Natta a perfectionné et synthétisé la première résine de polypropylène en Espagne en 1954, et la capacité du polypropylène à se cristalliser a suscité beaucoup d’enthousiasme. En 1957, sa popularité avait explosé et la production commerciale à grande échelle a commencé dans toute l’Europe. Aujourd’hui, c’est l’un des plastiques les plus couramment produits dans le monde.

Prototype de couvercle de sécurité pour enfants en polypropylène découpé par CNC par Creative Mechanisms

Selon certains rapports, la demande mondiale actuelle pour ce matériau génère un marché annuel d’environ 45 millions de tonnes métriques et on estime que la demande atteindra environ 62 millions de tonnes métriques d’ici 2020. Les principaux utilisateurs finaux du polypropylène sont l’industrie de l’emballage, qui consomme environ 30 % du total, suivie de l’industrie électrique et de la fabrication d’équipements, qui en utilisent environ 13 % chacune. Les industries de l’électroménager et de l’automobile consomment chacune 10% du total et les matériaux de construction suivent avec 5% du marché. Les autres applications constituent ensemble le reste de la consommation mondiale de polypropylène.

Le polypropylène a une surface relativement glissante qui peut en faire un substitut possible aux plastiques comme l’acétal (POM) dans les applications à faible friction comme les engrenages ou pour une utilisation comme point de contact pour les meubles. Un aspect négatif de cette qualité est peut-être qu’il peut être difficile de coller le polypropylène à d’autres surfaces (c’est-à-dire qu’il n’adhère pas bien à certaines colles qui fonctionnent bien avec d’autres plastiques et doit parfois être soudé dans le cas où la formation d’un joint est nécessaire). Bien que le polypropylène soit glissant au niveau moléculaire, il a un coefficient de friction relativement élevé – c’est pourquoi l’acétal, le nylon ou le PTFE sont utilisés à la place. Le polypropylène a également une faible densité par rapport aux autres plastiques courants, ce qui se traduit par des économies de poids pour les fabricants et les distributeurs de pièces en polypropylène moulées par injection. Il présente une résistance exceptionnelle à température ambiante aux solvants organiques comme les graisses, mais est sujet à l’oxydation à des températures plus élevées (un problème potentiel lors du moulage par injection).

L’un des principaux avantages du polypropylène est qu’il peut être fabriqué (soit par CNC, soit par moulage par injection, thermoformage ou sertissage) en charnière vivante. Les charnières vivantes sont des pièces de plastique extrêmement fines qui se plient sans se casser (même sur des amplitudes de mouvement extrêmes proches de 360 degrés). Elles ne sont pas particulièrement utiles pour les applications structurelles, comme le maintien d’une lourde porte, mais sont exceptionnellement utiles pour les applications non porteuses, comme le couvercle d’une bouteille de ketchup ou de shampooing. Le polypropylène est particulièrement adapté aux charnières vivantes car il ne se casse pas lorsqu’il est plié à plusieurs reprises. L’un des autres avantages est que le polypropylène peut être usiné par CNC pour inclure une charnière vivante, ce qui permet un développement plus rapide du prototype et est moins coûteux que d’autres méthodes de prototypage. Creative Mechanisms est unique dans sa capacité à usiner des charnières vivantes à partir d’une seule pièce de polypropylène.

Un autre avantage du polypropylène est qu’il peut être facilement copolymérisé (essentiellement combiné en un plastique composite) avec d’autres polymères comme le polyéthylène. La copolymérisation modifie considérablement les propriétés du matériau, ce qui permet des applications d’ingénierie plus robustes que celles qui sont possibles avec le polypropylène pur (plutôt un plastique de commodité en soi).

Les caractéristiques mentionnées ci-dessus et ci-dessous font que le polypropylène est utilisé dans une variété d’applications : assiettes, plateaux, tasses, etc. résistant au lave-vaisselle, récipients opaques à emporter, et de nombreux jouets.

Quelles sont les caractéristiques du polypropylène ?

Certaines des propriétés les plus significatives du polypropylène sont :

1. Résistance chimique : Les bases et les acides dilués ne réagissent pas facilement avec le polypropylène, ce qui en fait un bon choix pour les contenants de tels liquides, tels que les produits de nettoyage, les produits de premiers soins, et plus encore.
2. Elasticité et ténacité : Le polypropylène agira avec élasticité sur une certaine plage de déflexion (comme tous les matériaux), mais il subira également une déformation plastique au début du processus de déformation, de sorte qu’il est généralement considéré comme un matériau « résistant ». La ténacité est un terme d’ingénierie qui se définit comme la capacité d’un matériau à se déformer (plastiquement, et non élastiquement) sans se rompre….
3. Résistance à la fatigue : Le polypropylène conserve sa forme après de nombreuses torsions, flexions et/ou flexions. Cette propriété est particulièrement précieuse pour la fabrication de charnières vivantes.
4. Isolation : le polypropylène a une très grande résistance à l’électricité et est très utile pour les composants électroniques.
5. Transmissivité : Bien que le polypropylène puisse être rendu transparent, il est normalement produit pour être naturellement opaque en couleur. Le polypropylène peut être utilisé pour des applications où un certain transfert de lumière est important ou lorsqu’il a une valeur esthétique. Si une transmissivité élevée est souhaitée, alors des plastiques comme l’acrylique ou le polycarbonate sont de meilleurs choix.

Le polypropylène est classé comme un matériau « thermoplastique » (par opposition à « thermodurci »), ce qui a à voir avec la façon dont le plastique répond à la chaleur. Les matériaux thermoplastiques deviennent liquides à leur point de fusion (environ 130 degrés Celsius dans le cas du polypropylène). L’une des principales caractéristiques utiles des thermoplastiques est qu’ils peuvent être chauffés jusqu’à leur point de fusion, refroidis et réchauffés à nouveau sans dégradation significative. Au lieu de brûler, les thermoplastiques comme le polypropylène se liquéfient, ce qui leur permet d’être facilement moulés par injection et ensuite recyclés. En revanche, les plastiques thermodurcissables ne peuvent être chauffés qu’une seule fois (généralement pendant le processus de moulage par injection). Le premier chauffage provoque la prise des matériaux thermodurcissables (similaire à celle d’un époxy à deux composants), ce qui entraîne un changement chimique irréversible. Si vous essayez de chauffer un plastique thermodurci à une température élevée une seconde fois, il brûlera tout simplement. Cette caractéristique fait des matériaux thermodurcis de mauvais candidats au recyclage.

Pourquoi le polypropylène est-il si souvent utilisé ?

Le polypropylène est utilisé dans des applications domestiques et industrielles. Ses propriétés uniques et sa capacité à s’adapter à diverses techniques de fabrication le font ressortir comme un matériau inestimable pour un large éventail d’utilisations. Une autre caractéristique inestimable est la capacité du polypropylène à fonctionner à la fois comme un matériau plastique et comme une fibre (comme ces sacs fourre-tout promotionnels qui sont distribués lors d’événements, de courses, etc.) La capacité unique du polypropylène à être fabriqué par différentes méthodes et dans différentes applications a fait qu’il a rapidement commencé à défier bon nombre des anciens matériaux alternatifs, notamment dans les industries de l’emballage, des fibres et du moulage par injection. Sa croissance a été soutenue au fil des ans et il reste un acteur majeur de l’industrie plastique dans le monde entier.

Chez Creative Mechanisms, nous avons utilisé le polypropylène dans un certain nombre d’applications dans toute une série d’industries. L’exemple le plus intéressant est peut-être celui de notre capacité à usiner le polypropylène en CNC pour inclure une charnière vivante pour le développement de prototypes de charnières vivantes. Le polypropylène est un matériau très souple et doux, avec un point de fusion relativement bas. Ces facteurs ont empêché la plupart des gens d’être en mesure d’usiner correctement ce matériau. Il se gomme. Il ne se coupe pas proprement. Il commence à fondre sous l’effet de la chaleur de la fraiseuse CNC. Il faut généralement le racler pour obtenir une surface presque finie. Mais nous avons réussi à résoudre ce problème, ce qui nous permet de créer de nouveaux prototypes de charnières vivantes en polypropylène. Jetez un coup d’œil à la vidéo ci-dessous :

Quels sont les différents types de polypropylène ?

Il existe deux principaux types de polypropylène : les homopolymères et les copolymères. Les copolymères sont encore divisés en copolymères séquencés et copolymères aléatoires. Chaque catégorie convient mieux que les autres à certaines applications. Le polypropylène est souvent appelé « l’acier » de l’industrie plastique en raison des différentes façons dont il peut être modifié ou personnalisé pour servir au mieux un objectif particulier. On y parvient généralement en y introduisant des additifs spéciaux ou en le fabriquant d’une manière très particulière. Cette adaptabilité est une propriété essentielle.

Le polypropylène homopolymère est un grade à usage général. Vous pouvez le considérer comme l’état par défaut du matériau polypropylène. Le polypropylène copolymère à blocs possède des unités de comonomères disposées en blocs (c’est-à-dire selon un motif régulier) et contient entre 5 et 15 % d’éthylène. L’éthylène améliore certaines propriétés, comme la résistance aux chocs, tandis que d’autres additifs renforcent d’autres propriétés. Le polypropylène copolymère aléatoire – par opposition au polypropylène copolymère séquencé – présente des unités de comonomères disposées de manière irrégulière ou aléatoire le long de la molécule de polypropylène. Ils sont généralement incorporés avec n’importe où entre 1 % et 7 % d’éthylène et sont sélectionnés pour les applications où un produit plus malléable et plus clair est souhaité.

Comment le polypropylène est-il fabriqué ?

Le polypropylène, comme les autres plastiques, commence généralement par la distillation de combustibles hydrocarbonés en groupes plus légers appelés « fractions » dont certains sont combinés avec d’autres catalyseurs pour produire des plastiques (généralement par polymérisation ou polycondensation).

Polypropylène pour le développement de prototypes sur des machines CNC, des imprimantes 3D, & des machines de moulage par injection:

Polypropylène d’impression 3D :

Le polypropylène n’est pas facilement disponible sous forme de filament pour l’impression 3D.

L’usinage CNC du polypropylène :

Le polypropylène est largement utilisé comme feuille pour la fabrication de machines CNC. Lorsque nous faisons le prototype d’un petit nombre de pièces en polypropylène, nous les usinons généralement à la machine CNC. Le polypropylène a acquis la réputation d’être un matériau qui ne peut pas être usiné. En effet, sa température de recuit est basse, ce qui signifie qu’il commence à se déformer à la chaleur. Comme il s’agit d’un matériau très souple en général, il faut un niveau de compétence extrêmement élevé pour le découper avec précision. Creative Mechanisms a réussi à le faire. Nos équipes peuvent utiliser une machine CNC et découper le polypropylène proprement et avec des détails extrêmement précis. En outre, nous sommes en mesure de créer des charnières vivantes avec du polypropylène d’une épaisseur aussi faible que 0,010 pouce. La fabrication de charnières vivantes est une entreprise difficile en soi, ce qui rend l’utilisation d’un matériau difficile comme le polypropylène encore plus impressionnante.

Moulage par injection du polypropylène :

Le polypropylène est un plastique très utile pour le moulage par injection et est généralement disponible à cette fin sous forme de granulés. Le polypropylène est facile à mouler malgré sa nature semi-cristalline, et il s’écoule très bien en raison de sa faible viscosité à l’état fondu. Cette propriété améliore considérablement la vitesse à laquelle vous pouvez remplir un moule avec ce matériau. Le rétrécissement du polypropylène est d’environ 1 à 2 %, mais il peut varier en fonction d’un certain nombre de facteurs, notamment la pression de maintien, le temps de maintien, la température de fusion, l’épaisseur de la paroi du moule, la température du moule, ainsi que le pourcentage et le type d’additifs.

Autres :

En plus des applications plastiques classiques, le polypropylène se prête également bien aux applications de fibres. Cela lui confère un éventail encore plus large d’utilisations qui vont au-delà du simple moulage par injection. Il s’agit notamment des cordes, des tapis, des tissus d’ameublement, des vêtements et autres.

Image From AnimatedKnots.com

Quels sont les avantages du polypropylène ?

1. Le polypropylène est facilement disponible et relativement peu coûteux.
2. Le polypropylène présente une résistance élevée à la flexion en raison de sa nature semi-cristalline.
3. Polypropylene has a relatively slippery surface.
4. Polypropylene is very resistant to absorbing moisture.
5. Polypropylene has good chemical resistance over a wide range of bases and acids.
6. Polypropylene possesses good fatigue resistance.
7. Polypropylene has good impact strength.
8. Polypropylene is a good electrical insulator.

What are the Disadvantages of Polypropylene?

1. Polypropylene has a high thermal expansion coefficient which limits its high temperature applications.
2. Polypropylene is susceptible to UV degradation.
3. Polypropylene has poor resistance to chlorinated solvents and aromatics.
4. Polypropylene is known to be difficult to paint as it has poor bonding properties.
5. Polypropylene is highly flammable.
6. Polypropylene is susceptible to oxidation.

Despite its shortcomings, polypropylene is a great material overall. It has a unique blend of qualities that aren’t found in any other material which makes it an ideal choice for many projects.

What are the properties of Polypropylene?

Property	Value
Technical Name	Polypropylene (PP)
Chemical Formula	(C3H6)n
Resin Identification Code (Used For Recycling)
Melt Temperature	130°C (266°F)
Typical Injection Mold Temperature	32 – 66 °C (90 – 150 °F) ***
Heat Deflection Temperature (HDT)	100 °C (212 °F) at 0.46 MPa (66 PSI) **
Tensile Strength	32 MPa (4700 PSI) ***
Flexural Strength	41 MPa (6000 PSI) ***
Specific Gravity
Shrink Rate	1.5 – 2.0 % (.015 – .02 in/in) ***