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Selon leur mode d’élaboration :
Polymères naturels :
Matériau utilisé sans modification ; son élaboration = extraction+ purification Exemples :
– peau en cuir
– soie, coton, laine en fibres textiles
– résine de pin en essence de térébenthine et colophane
Polymères artificiels :
Polymère obtenu à partir des polymères naturels auxquels on fait subir une réaction chimique convenable
Il existe 2 grandes familles:
– Famille de la cellulose
Exemple: Bois en pate de cellulose puis, par réaction chimique, en ester de cellulose ; en éther de cellulose
– Famille du caoutchouc
Exemple : caoutchouc naturel en pneu, résine pour peinture….
Polymères synthétiques : polymère préparé à partir des petites molécules simples (monomère). Il y a 3 méthodes de synthèse
Polymères de polymérisation :
Un grand nb de monomères identiques se réunit pour donner une macromolécule,au cours de la réaction il n’y a pas de perte de masse nA -A-A-A-A-A- Conséquences: – monomère et polymère de même composition centésimale
– Monomère contenant, au moins, une double liaison C=C donc de formule brute CH2=CHX Polymères de polycondensation
Remarque : condensation = 2 molécules réagissent pour donner un produit et au cours de la réaction il y a élimination d’une molécule simple tel que H2O ; HCl
Exemple : estérification
Polycondensation : c’est une réaction entre molécules polyfonctionnelles identiques ou différentes au cours de laquelle il y a formation de sous-produit comme H2O ou HCl. Les protéines sont des polymères naturels de polycondensation d’acides aminés de plusieurs espèces différentes pour donner la soie, la laine, les fibres musculaires, les hormones, et bien d’autres molécules complexes. Elles sont synthétisées dans les organismes vivants animaux et végétaux. A + B P + H2O Ou HCl
Conséquences :
monomère et polymère de composition centésimale différente
monomère est une molécule au moins di fonctionnelle
– Polymères de polyaddition:
Union de 2 molécules différent non éthyléniques pour donner une macromolécule et au cours de la réaction, il n’y a pas perte de masse. Les réactions mises en jeu sont des additions, réalisées à partir de composés insaturés ; molécules possédant une ou plusieurs (double ou triple)
liaisons. A + B P
Selon leurs structures
Deux grandes classes de polymères sont différenciées par la microstructure :
• Les polymères amorphes
En général, on les reconnait par leurs propriétés transparentes. En dessous de leur température de transition vitreuse, ces polymères sont à l’état vitreux; ils deviennent alors rigides et cassants, et peuvent se fissurer ou se briser en éclats. L’adjonction de particules d’élastomère permet de les rendre plus ductiles. Il s’agit des PP, PE, PET,… Remarque :
Au-dessus de Tg, les chaînes macromoléculaires peuvent être orientées par étirage au cours de la mise en œuvre, afin de les spécialiser par des propriétés mécaniques élevées par rapport aux non orientées.
• Les polymères semi-cristallins
Ils sont constitués de phases cristallines et de phases amorphes du même polymère. Leur microstructure est souvent complexe et, en conséquence, la description de leurs propriétés aussi. Leurs propriétés mécaniques sont généralement bonnes.
PROPRIETES GENERALES ET APPLICATIONS DES POLYMERES : [9]
Propriétés physiques : [9]
Les propriétés physiques qui mesurent le comportement des matériaux soumis à l’action de la température, des champs électriques, magnétiques, ou de la lumière.
• Couleur : incolore, transparent, à la limite, translucide
• Masse volumique : ce sont des matériaux légers, inférieurs à la masse volumique des métaux et alliages
Exemple : PVC= 900 Kg/m3,
Alliage d’aluminium= 2400 Kg/m3, Acier= 7800 Kg/m3
• Propriété électrique : isolant thermique et électrique, fourique
• Température de ramollissement TR : entre 90 à 250°C
• Rigidité : ce sont des matériaux souples, pas de déformation sous l’action des efforts extérieurs.
Propriétés mécaniques :[9]
Les propriétés mécaniques décrivent le comportement des matériaux soumis à des sollicitations telles que des pressions, des étirements, des torsions, des frottements, des cisaillements, des chocs ou sous l’effet de la pesanteur. Elles dépendent fortement du type de contrainte appliquée.
• Elasticité : Sensiblement égale aux métaux et alliages Plastomère : Identique à celle des métaux et alliages Elastomère : très comparable à des ressorts et Boudin
• Plasticité : – Thermoplastique : plasticité élevée
– Thermodurcissable : ce ne sont pas du plastique
• Résistance à la rupture R : (en KN / mm2, Kgf / mm2) R=2à7C
Il existe quelques plastiques qui ont une résistance à la rupture identique ou supérieur à celle des aciers (fibre textile > 40 Kgf / mm2).
Exemples : le polypropylène (60 Kgf / mm2), les polyesters (50 Kgf / mm2), les polyamides (50 Kgf / mm2), ……
• Résistance thermique :[9]
La résistance thermique d’une matière plastique se caractérise principalement par la température de résistance à la déformation et la température d’utilisation continue. La résistance à la déformation thermique est décrite par la température à laquelle on obtient une dilatation des fibres de bordure de 0,2%, sous une certaine contrainte de flexion. En utilisant couramment le procédé HDTA, la contrainte de flexion est de 1,8 MPa.
La température de résistance à la déformation thermique donne une indication sur la température maximum d’utilisation pour les pièces à contraintes mécaniques. La température d’utilisation continue détermine la limite de température au-dessus de laquelle il se produit une destruction du matériau par contrainte thermique. Il faut savoir qu’à cette température, les propriétés mécaniques sont très différentes de celles à température ambiante.
• Résistance aux chocs : ils sont moins abîmés, ils sont plus résistants.
Propriétés chimiques :[9]
Les propriétés chimiques caractérisent le comportement des matériaux soumis à un environnement plus ou moins agressif.
• Pyrolyse : action de la chaleur
• Combustion : ils peuvent, en théorie, être refondus et remodelés un grand nombre de fois tout en conservant leurs propriétés.
• Action des réactifs usuels : il résiste à l’oxydation, non attaqué par des acides et des bases
• Solubilité dans des solvants : – Thermoplastique : certains insolubles et certains solubles dans des solvants.
– Thermodurcissable : insoluble dans le solvant Avantages : on peut remplacer les métaux oxydables
Utilisations :
• Elastomères : 90 % des élastomères sont utilisés pour des pneumatiques ; et les restes sont utilisés comme semelle de chaussure, joint et courroie.
• Thermoplastique : – matériaux de construction (tuyau, joint ; décoration…)
– peinture et vernis (polymères solubles dans des solvants)
– fibres textiles (R 50kgf/mm2 ; textiles pour habillement 250°C,
emballages, sac, vêtements,…..)
Mode d’obtention du papier d’emballage[6], [11], [18]
Définition : [11], [18]
Les matières plastiques sont des matières organiques (ou semi-organiques) composés d’un ou plusieurs polymères issus de la pétrochimie et de divers adjuvants pour améliorer les caractéristiques du plastique. Par analogie de propriétés et de structures, le terme matières plastiques regroupe un ensemble de produits issus de la pétrochimie (distillation puis « craquage » des essences légères), caractérisés par leur structure de polymères, leur légèreté, leur imperméabilité et leur grande résistance
Les différents types de procédé d’obtention d’emballage
Matières premières : [11]
Nous avons une matière première sous forme de poudre ou de granulé, qui se ramollit au chauffage.
Pour les thermoplastiques, les techniques utilisées pour la mise en forme sont : l’extrusion (gonflage, allégément, soufflage, étirage), moulage en compression, le moulage soufflage, moulage gonflage, moulage par rotation, calandrage, thermoformage.
Pour les thermodurcissables et les élastomères, en générale, on utilise le moulage en compression en utilisant le chauffage pour assurer la réaction de polycondensation, la mise en forme, et le durcissement du produit.
Nous allons voir un par un tous les principes et appareillages de ces procédés de mise en forme.
Extrusion :[5], [18]
L’extrusion conduisant à la production en continu de profilés peut être appliquée, en pratique, à toutes les matières thermoplastiques.
L’extrusion est une technique de transformation des matières thermoplastiques qui permet d’obtenir des objets finis ou semi – ouvrés par un processus technologique continu. Cette technique, modifiée par l’adoption d’un matériel approprié, permet d’élargir l’assortiment d’objets fabriqués, et d’étendre la gamme de produits à partir des profilés rigides et souples à la fabrication des plaques, des feuilles, des films, des objets creux, des granulés plastifiés, des câbles multi fils et multicolores, des films et des feuilles stratifiées, des profilés expansés et allégés, etc.
La presque totalité des matières thermoplastiques sont au moins extrudée une fois, lors de sa préparation, mais seulement une partie en sort sous forme d’objets finis. L’extrusion est largement utilisée pour la fabrication des granulés et des compounds, transformés ensuite par d’autres méthodes (exemple : injection) et des produits semi – ouvrés tels que : plaques, feuilles, films, tubes, etc.
Indépendamment du principe de fonctionnement, chaque extrudeuse accomplit trois actions principales :
– Elle transporte, le long du cylindre, la matière du point d’alimentation à la filière,
– Elle la plastifie grâce au malaxage et à la chaleur apportée de l’extérieur,
– Elle augmente progressivement la pression de la matière et la force à passer par la filière qui lui donne la forme figée, ensuite par le refroidissement.
Il existe plusieurs systèmes d’extrudeuses basés sur le travail d’une, de deux ou de plusieurs vis et sur les mécanismes sans vis. Bien que toutes les machines aient leurs avantages et leurs inconvénients, l’écrasante majorité des extrudeuses dans l’industrie sont composées de machines à une et à deux vis.
L’extrudeuse à une ou plusieurs vis est une machine conçue pour un travail en continu et son principe de fonctionnement est basé sur l’effet de frottement de la matière plastique sur le métal dans des conditions appropriées.
Le mécanisme du fonctionnement des extrudeuses dépend de leur conception. Les extrudeuses à une vis et à plusieurs vis se différencient non seulement du point de vue de leur construction, mais aussi du point de vue de leur application, compte tenu des différences dans le principe de leur fonctionnement.
Injection :[18]
Dans le moulage par injection, la matière est fluidifiée dans un organe approprié puis injectée sous forte pression dans l’empreinte(ou les empreintes) du moule. L’une des caractéristiques la plus appréciée du moulage par injection est la possibilité de travailler à cadence élevée. Pour un objet de dimension moyenne (quelques centaines de grammes), la durée du cycle est de quelques dizaines de secondes. Elle peut être bien inférieure pour des objets de faible épaisseur (une fraction de seconde pour des gobelets) et bien supérieure pour des objets de forte épaisseur (quelques dizaines de minutes pour des containers de grande capacité). Par suite de la mauvaise conductibilité thermique des matières plastiques, c’est souvent la durée de refroidissement qui conditionne la durée du cycle. Pour des raisons économiques, la limite supérieure de l’épaisseur des parois pour les objets moulés par injection se situe au voisinage de 6 mm. Au-delà, la durée de refroidissement devient prohibitive.
Les granulés de polymère sont versés dans la trémie. La matière est acheminée dans le fourreau où elle est simultanément chauffée, mélangée et poussée vers le moule par une vis sans fin. Le polymère est toujours maintenu dans le fourreau pendant que la pression monte progressivement. Lorsque la pression correcte est obtenue, le plastique fondu est injecté dans le moule. La durée du cycle dépend de la taille des pièces et du temps de solidification du polymère, soit généralement de 30 à 60 secondes. La pression de serrage maintenue après l’injection limite la déformation et le retrait après démoulage. Pour éjecter les pièces, les deux parties du moule se séparent, le noyau se rétracte et les éjecteurs sont poussés pour décoller les pièces de la surface du moule.
Ce procédé est appliqué surtout pour la fabrication des profilés à de forme complexe, en particulier des palettes, coques de télévisions, boites, pots, tableaux de bord, … Le moulage par injection se fait en 4 étapes :
Moulage par compression :[18]
C’est la technique la plus connue pour la transformation des thermodurcissables. La méthode consiste à presser directement la matière dans l’empreinte d’un moule à chaud. Le moule est composé de 2 parties : le poinçon (partie supérieure) et la matrice (partie inférieure). Le cycle de production est long.
Moulage par injection-soufflage : [18]
L’injection-soufflage permet de réaliser des corps creux qui présentent de bonnes propriétés mécaniques. Cette technique est essentiellement réservée aux thermoplastiques. Le cycle de fabrication se compose de quatre étapes.
1) Réalisation par injection d’une préforme.
2) Transfert de cette préforme dans une station de réchauffage pour que le matériau soit réchauffé dans un domaine d’état caoutchoutique.
3) Transfert de la paraison chaude dans un moule et soufflage pour que le polymère vienne en contact avec les parois du moule.
4) Refroidissement et éjection de la pièce.
Ce procédé est utilisé pour fabriquer des corps creux, par exemple bouteilles, flacons, bidons, réservoirs, conteneurs, …
Moulage par extrusion gonflage : [18]
Il s’agit d’un cas particulier d’extrusion, mais qui a pris une importance économique considérable du fait des tonnages de sachets ou sacs en plastiques qu’il permet de réaliser.
La technique de l’extrusion gonflage (appliquée au début au polyéthylène basse densité ou PEBD) avait bouleversé le marché des films plastiques dont la production par calandrage était relativement chère.
Elle s’applique à la plupart des matières thermoplastiques (qui, à l’état fondu, ont une viscosité élevée et résistent à l’oxydation) et permet de fabriquer un film très fin, jusqu’à 10 µm d’épaisseur. Principe :
La technique de production de film par extrusion – gonflage consiste à extruder une mince gaine qui, momentanément pincée, est gonflée avec de l’air. L’air qui remplit la gaine est introduit par l’axe de la tête- filière annulaire utilisée pour cette production. Le dispositif de refroidissement placé au niveau de la gaine déjà gonflée arrête l’étirage du film. Ce phénomène est provoqué par la solidification de la matière refroidie qui supporte alors les contraintes provenant du gonflage. Le film, en forme de bulle, est ensuite aplati par un dispositif appelé « foulard » composé de deux panneaux convergeant vers les rouleaux pinceurs.
L’étirage en direction transversale est obtenu par la surpression de l’air dans la gaine extrudée et pincée par deux rouleaux – tireurs (un rouleau est recouvert de caoutchouc et l’autre est en acier). L’étirage en direction longitudinale résulte du rapport de la vitesse de l’étirage et de la vitesse d’extrusion.
Les rouleaux – pinceurs jouent le rôle d’un bouchon qui reste fixe quand le film se déplace. Les petites fuites entre les rouleaux ou par les petits trous sont compensées par une soupape automatique très sensible de soufflage d’air. La pression d’air emprisonné dans la gaine varie de 0,01 à 0,02 MPa.
On applique l’extrusion – gonflage vers le haut pour les PEbd, PEhd et leurs copolymères. L’extrusion vers le bas, avec le refroidissement dans un bain d’eau se pratique pour le PP, ce qui donne une excellente transparence au film. L’extrusion horizontale, assez délicate à réaliser, est utilisée dans le cas du PVC, ce qui supprime la tête d’équerre dans laquelle la matière risque de brûler.
Moulage par rotation ou roto moulage :[18]
Le moulage par rotation est conçu pour réaliser des corps creux de toutes dimensions. La méthode de fabrication est très simple: la matière (thermoplastique) est introduite dans un moule sous forme de poudre très fine (~300 µm) ou de liquide, le moule est fermé puis chauffé ; pendant que la matière devient fluide, l’ensemble est mis en double rotation (ou rotation plus une oscillation) pour que la matière tapisse toutes les parois. Lorsque la matière est fondue et correctement répartie dans l’empreinte, le moule est introduit dans un système de refroidissement.
Calandrage : [18]
Le calandrage est une technique de fabrication de feuilles, de plaques ou de films par laminage d’une matière thermoplastique entre plusieurs cylindres parallèles constituant la machine appelée : calandre. Cette dénomination est accordée à toutes les machines équipées de cylindres indépendamment du procédé auquel elles sont prédestinées.
On peut les ranger en trois groupes :
-les calandres utilisées pour la fabrication de feuilles, de films et de plaques souples à partir d’un mélange d’une résine thermoplastique avec les différents additifs. Ce sont des machines lourdes à plusieurs cylindres (4- 6) de grand diamètre (- 800 mm) chauffés, consommant beaucoup d’énergie (entraînement, chauffage, refroidissement) et accompagnées d’un équipement auxiliaire important (dispositifs d’alimentation, de contrôle, de réception). Ce sont les calandres de production ;
-les calandres sont destinées à la finition de feuilles ou de plaques extrudées ou Co-extrudées par la filière plate. Les cylindres de diamètre 600 mm ont une longueur jusqu’à 850 mm et sont refroidis. Les calandres sont placées en aval de l’extrudeuse équipée d’une tète plate qui les alimentent. Les cylindres donnent la brillance de la surface ou un aspect décoratif (par exemple le grainage) et règlent l’épaisseur de plaques. Leur nombre varie entre 2 et 5. Ces machines présentent une partie constituante de la chaîne d’extrusion de plaques. On les appelle les calandres de lissage ;
-les calandres auxiliaires utilisées par plusieurs techniques de finition, telles que : complexage, plaxage, enduction, contre- collage et grainage. Ces machines sont plus légères, les cylindres sont de dimensions moins importantes, chauffés ou refroidis. On peut les appeler les calandres légères. Comme plusieurs éléments de ces machines et leur fonctionnement sont identiques, on les présente ensemble.
Principe :
La matière à calandrer passe d’abord par le malaxage et le préchauffage. La matière passe d’abord par un mélangeur interne (1) et ensuite par un mélangeur à cylindres (2), d’où elle sort sous forme d’un ruban gélifié ou de morceaux de crêpe qui alimente, par un convoyeur (3), la calandre. Un séparateur magnétique détecte les éventuelles impuretés métalliques (4) qui peuvent endommager gravement les cylindres de la machine (5). Le mélange passe ensuite par un ensemble de cylindres chauds pour en sortir (6) sous forme d’un large feuille refroidie sur les tambours (8). Ce passage par passes successives entre les cylindres est indispensable pour chasser toutes les bulles d’air emprisonnées dans le film.
Pendant cette opération, les bords de la feuille sont cisaillés des deux côtés par un dispositif à couteau rotatif. Un appareil de contrôle d’épaisseur (9) vérifie en continu le film qui est dirigé vers l’enrouleur de produit fini (10). Si on donne à la surface un dessin spécial, la feuille encore chaude passe entre le cylindre graveur et le cylindre presseur (7). Pour alimenter la calandre, on utilise de plus en plus les extrudeuses et les extrudeuses- mélangeuses (paragraphe précédent) qui exercent toutes ces actions dans une seule opération en continu et qui extrudent directement par la filière plate la matière plastifiée entre les cylindres de la calandre.
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Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE 1 : Généralité sur le polymère
1.1 DEFINITIONS
1.1.1 Polymère
1.1.2 Monomère
1.1.3 Polymérisation
1.1.4 Degré de polymérisation « n »
1.1.5 Les Adjuvants
1.2 CLASSIFICATION DES POLYMERES
1.2.1 Selon leur déformation
1.2.2 Selon leur plasticité
1.2.3 Selon leur mode d’élaboration
1.2.4 Selon leurs structures
1.2.5 Selon leurs utilisations
1.3 PROPRIETES GENERALES ET APPLICATIONS DES POLYMERES
1.3.1 Propriétés physiques
1.3.2 Propriétés mécaniques
1.3.3 Propriétés chimiques
1.3.4 Utilisations
CHAPITRE 2 : Mode d’obtention du papier d’emballage
2.1 Définition
2.2 Les différents types de procédé d’obtention d’emballage
2.2.1 Matières premières
2.2.2 Extrusion
2.2.3 Injection
2.2.4 Moulage en compression
2.2.5 Moulage par injection-soufflage
2.2.6 Moulage par extrusion gonflage
2.2.7 Moulage par rotation ou roto moulage
2.2.8 Calandrage
2.2.9 Thermoformage
CHAPITRE 3 : Notion d’emballage
3.1 Les différents supports d’emballage
3.1.1 Papier
3.1.2 Bois
3.1.3 Verre
3.1.4 Aciers et matériaux métalliques
3.1.5 Matériaux plastiques
3.2 Répartition des emballages en plastiques chez JB
3.2.1 Les emballages en film plastique chez JB
3.2.2 Emballage en papier
3.3 Etats des déchets films chez JB en 2015
DEUXIEME PARTIE : RAPPORT SUR LES DECHETS EMBALLAGES DE LA SOCIÉTÉ JB
CHAPITRE 4 : Rapport sur les déchets emballages de la société JB
4.1 Généralité sur le procédé de fabrication de biscuit
4.2 Pétrissage
4.3 Laminage
4.4 Façonnage
4.5 Cuisson
4.6 Refroidissement
4.7 Emballage et conditionnement
CHAPITRE 5 : Source et mode de réduction des déchets film
5.1 Emballeuse
5.2 Sources des déchets films
5.2.1 Arrêt fréquent de la machine emballeuse
5.2.2 Panne de machine
5.2.3 Produits non conformes à la norme
5.3 Analyse ISHIKAWA sources des causes de déchet film
5.4 Mode de réduction des déchets films
CHAPITRE 6 : Existence de machine de compactage des déchets films
6.1 Présentation de la machine
6.2 Couts d’investissement
6.3Retour sur les investissements
6.4 Bénéfices
6.5 Plan de maintenance
TROISIEME PARTIE : PROCEDE DE RECYCLAGE CONTEXE GLOBAL DE L’ETUDE
CHAPITRE 7 : Les différents moyens de recyclage des déchets plastiques
7.1 Le recyclage conventionnel
7.2 Le recyclage en vrac
7.3 Le recyclage chimique et thermique
7.4 L’enfouissement sanitaire
7.5 L’incinération avec récupération d’énergie
7.6 Le réemploi
CHAPITRE 8 : Le procède de recyclage
8.2 Matières premières
8.3 Procédé pour l’obtention d’un produit semi-fini
8.3.1 Collecte des déchets film
8.3.2 Tri
8.3.3 Lavage et séchage
8.3.4 Broyage
8.4 PROCEDE DE TRANSFORMATION EN PRODUIT FINI
8.4.1 Description
8.4.2 Principe
8.4.3 Caractéristique :
CHAPITRE 9 : Conception machine
9.1 Conception de la machine de broyage :
9.2 Modification :
9.3 Proposition d’une machine « plastic grinding milling granulator » :
CHAPITRE 10 : Étude économique et étude de la marche de ce projet
10.1 Étude économique
10.1.1 Coût d’investissement
10.1.2 Estimation du cout de charge
10.1.3 Rémunération
10.1.4 Evaluation du marché
10.1.5 Bilan économique du marché
10.2 : Étude de marche
10.2.1 La demande
10.2.2 Les clients ciblés
10.2.3 Les critères de choix des clients
10.2.4 L’offre :
10.2.5 La concurrence
CONCLUSION
ANNEXES
ANNEXE I : PRESENTATION JB
ANNEXE II : LE POLYPROPYLENE
ANNEXE III : PET
ANNEXE IV : VALORISATION DES DECHETS DE SACHETS PLASTIQUES UTILISATION COMME LIANT DANS LA FABRICATION DE MATERIAUX COMPOSITES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES
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