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Durabilité : LSR VS TPE

10 février 2021

Durabilité : Silicone liquide (LSR) ou thermoplastiques élastomères (TPE) ?

L'abandon du caoutchouc naturel par l'industrie a entraîné une utilisation croissante du silicone liquide (LSR), et des thermoplastiques élastomères (TPE). Certes ces deux matériaux offrent des avantages comparables, mais lorsqu'il s'agit de favoriser le développement durable, lequel est le plus adapté ? Avient, partenaire du pôle Performance Industrielle de Polyvia, se penche sur les enjeux de la substitution du LSR par des alternatives TPE, et dévoile sa dernière innovation : le TPE biosourcé reSound™ OM.

Dans le cadre du développement d’un produit, la sélection du matériau peut être un processus complexe et long. Il est important d’évaluer l’ensemble des caractéristiques techniques des nombreuses possibilités, leurs spécificités de mise en œuvre, en parallèle du budget. En plus de devoir définir la meilleure solution technico économique, il est également nécessaire de prendre en compte son impact environnemental.

Dans un contexte de pressions réglementaires et de consommateurs finaux qui exigent des produits plus durables, les solutions ne se limitent pas seulement aux polymères bio dérivés ou recyclés. D’autres facteurs doivent être pris en compte lorsqu'il s'agit d'évaluer l’aspect environnemental.

Considérations sur les matières premières

Le premier avantage de l'utilisation d'un thermoplastique élastomère (TPE) par rapport à un thermodurcissable (LSR), réside dans sa formulation chimique. Il a la capacité d’être recyclé et retravaillé, ce qui permet d’éliminer les déchets de fabrication, en soutenant l'économie circulaire.

Lors du recyclage, les TPE peuvent également être traités aux côtés d'autres plastiques sans provoquer de perturbation. Par exemple, les revêtements de bouchons TPE des bouteilles n'ont pas besoin d'être séparés, et l'ensemble du bouchon peut être recyclé en une seule fois. 

En ce qui concerne le coût des matières premières, le LSR est généralement plus cher que les TPE standards par kilos. De plus, le LSR ayant une densité supérieure de 20% à celle des TPE (+/- 1,12 contre +/- 0,89), c’est autant moins de pièces qui seront produites avec le LSR par rapport à un TPE standard.

Au regard de l’impact environnemental, cela ne fait pas pencher la balance d'un côté ou de l'autre, mais si l'on considère la densité du matériau, plus il est léger, mieux c'est. La réduction de la masse est un critère de performance dans de nombreux secteurs comme l'automobile où les équipementiers cherchent à optimiser celles des véhicules afin de réduire les émissions de CO2. En outre, plus le matériau est léger, plus il contribue à réduire la consommation d'énergie.

Processus de fabrication, réduction du temps de cycle

Les TPE ont l’avantage d’avoir des temps de cycle courts et ne nécessitent pas d'opérations secondaires ni d'agents de polymérisation, ce qui permet une fabrication rapide de l’ordre de quelques secondes.

A l’inverse, certaines pièces produites à partir de LSR requièrent une étape de post-cuisson. Cela correspond à un passage au four à température élevée, pouvant atteindre 215°C, nécessaire à la finalisation du processus de vulcanisation. Bien que ce procédé garantisse certaines propriétés mécaniques, et élimine les substances volatiles dans les applications soumises à des exigences réglementaires spécifiques, il augmente cependant la durée globale du cycle de plusieurs minutes.

Cela dit, la faible viscosité du LSR rend possible la réalisation de pièces à géométrie complexe, avec de fines épaisseurs et dans des tolérances serrées, car sa fluidité permet de remplir plus rapidement un moule multi empreintes en fonction de la taille de la pièce.

Durabilité des matières thermoplastiques

Performance

En termes de performances, la gamme de solutions TPE disponible sur le marché rend possible la définition d’alternatives au silicone, avec des critères comparables.

Cependant, lorsqu'il s'agit de sélectionner un matériau capable de résister à des températures élevées, le silicone s’impose puisque son usage est adapté aux applications supérieures à 200°C continu. Cela fait de lui un excellent choix dans l'industrie médicale, comme bouclier thermique pour les instruments utilisés dans la cautérisation, ou pour tout dispositif exposé à des méthodes de stérilisations par chaleur. Néanmoins, il existe des grades TPE médicaux qui peuvent être autoclavés jusqu'à 135°C pendant 15 minutes, les différenciant de la plupart des TPE dont la thermo plasticité inhérente les rend susceptibles de se ramollir sous l’influence de la température.

Design - Couleur naturelle

Si le toucher et la couleur d’un produit sont des aspects qui ont une moindre influence lors de l’évaluation de son empreinte environnementale, ils sont en revanche très intéressants lorsqu’il s’agit de promouvoir l’engagement d’une marque en faveur du développement durable. Les LSR et les TPE offrent une gamme complète de possibilités en termes de couleurs et d'effets, contribuant à donner aux produits de consommation une apparence et un toucher mettant en valeur leur écoconception. Les TPE peuvent être colorés à l'aide de colorants dérivés de sources naturelles et bio dérivés, tels que les solutions Avient's OnColor™ Naturals Colorants fabriquées à partir de pigments naturels dérivés de plantes, de fleurs, de racines et de minéraux.

Surmoulage TPE TPE effet soft touch

Conception - Surmoulage

Lorsque l'on parle d'améliorer l’empreinte environnementale des produits par leur conception, on peut considérer les possibilités de surmoulage comme un levier. Les tournevis, les étuis de smartphones, les manches de rasoirs sont autant d'exemples de produits qui bénéficient d'une combinaison de textures douces et dures, pour améliorer la prise en main, ajouter une sensation tactile ou amortir l'impact, que les TPE comme les LSR peuvent offrir.

Toutefois, c’est dans la mise en œuvre du surmoulage que les deux technologies s’opposent. Le LSR polymérisant dans le moule à 170-200°C, son surmoulage dans un système d’injection à deux composants (2K), nécessite de l'associer à des thermoplastiques résistants aux hautes températures, pour éviter le risque de fusion ou de déformation du substrat. Dans le cas où l’adhérisation n’est pas réalisable, il est possible d’appliquer un traitement de surface, des primaires, pour réaliser la liaison chimique de l’élastomère au support. Cependant, cela ajoute une étape supplémentaire au processus de fabrication du produit.

Lorsqu'ils sont correctement sélectionnés, les TPE forment une adhésion solide avec les substrats, sans avoir besoin de recourir à l’usage de solutions de collage. Ils peuvent être surmoulés à des thermoplastiques recyclables, tels que le PE ou le PP, dont l’assemblage final peut être traité dans la même chaîne de revalorisation que celle du substrat. Cela offre une plus grande liberté de conception par rapport au LSR.

Témoignage de Walter Ripple, Vice-Président du développement durable chez Avient

L'innovation est dans notre ADN, et nous nous engageons à aider nos clients à atteindre leurs objectifs de développement durable avec des produits tels que reSound™ OM. Nos investissements dans la R&D, les gammes de matières durables qui en résultent et notre soutien envers des solutions réduisant le volume de déchets plastiques sont les signes de cet engagement.

Innovation : Bio-Based TPE reSound™

Compte tenu des nombreux avantages des TPE, Avient est allé plus loin en lançant une gamme de thermoplastiques élastomères bio dérivés. Les solutions techniques reSound™ OM (Overmolding), utilisent entre 40 et 50 % de contenu bio-renouvelable dérivé de la canne à sucre et offrent des niveaux de dureté et de performances comparables aux TPE standards.

Cette nouvelle gamme de produits offre des possibilités d’adhésion avec le PP et l’ABS. Les grades PP ont une bonne résistance aux UV, et conviennent aux applications d'électroménager et de soins personnels. Celui pouvant être surmoulé avec l’ABS est particulièrement adapté aux emballages de produits cosmétiques et aux applications électroniques grand public.

Formulés pour soutenir le développement durable, ils offrent une stabilité des propriétés et une résistance aux UV comparables à celles des TPE traditionnels. Les formulations actuellement disponibles ont une dureté shore A comprise entre 30 et 70. Néanmoins, d’autres solutions peuvent être développées sur demande.

Les fabricants souhaitent intégrer de plus en plus de matériaux respectueux de l'environnement dans leurs conceptions, en particulier pour les produits de consommation, sans compromettre les performances de leurs produits. Les nouveaux grades reSound™ OM répondent à ces deux objectifs, en tirant parti d'une quantité importante de contenu renouvelable disponible et en offrant des caractéristiques stables sur la durée.

Les thermoplastiques élastomères reSound™ OM font partie du panel de solutions durables qu'Avient ne cesse de développer. L’offre ne se limitent pas uniquement aux TPE, elle comprend également des formulations de PA66 et PP recyclées. Fortes de performances comparables aux matières dites de premier choix, ces solutions sont utilisées dans les mêmes applications, où la solidité, la rigidité élevée, la durabilité, et la résistance aux chocs, sont d'une importance capitale.

Pour en savoir plus sur ces différentes solutions technique et durables, contactez notre partenaire Avient.

Pôle Performance Industrielle

Si vous souhaitez découvrir d'autres innovations ou être accompagné dans votre sélection de matériaux, nous vous invitons à solliciter nos experts matières et procédés.

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