Troisième partie de notre série « Material World » : le polyuréthane thermoplastique fait le lien entre le caoutchouc et le plastique
Dès le début de l’entretien, le Dr Jürgen Hieber, développeur chez Freudenberg Sealing Technologies (FST) à Schwalmstadt, tient à préciser une chose : « Nous ne parlons pas de polyuréthane normal, tel qu’il est utilisé par exemple comme mousse pour les matelas. Chez Freudenberg, nous travaillons avec du polyuréthane thermoplastique, ou TPU ».
Ce TPU est un matériau hybride qui combine les propriétés du caoutchouc et du plastique. « Nos collègues japonais parlent volontiers d’Iron Rubber, le caoutchouc ferreux. Notre matériau se comporte de manière élastiquement extensible comme le caoutchouc, mais il est – symboliquement – aussi solide que le fer ». Cette énorme résistance fait du TPU le premier choix comme matériau d’étanchéité lorsque les pressions sont élevées. Par exemple dans l’hydraulique.
Manœuvrer les godets d’excavation à pleine charge
Les vérins qui permettent de manœuvrer en toute sécurité les godets d’excavation, même à pleine charge et complètement déployés, sont une application classique du TPU. Dans ces vérins, on utilise des joints de tige, des joints de piston et des racleurs en TPU. Ici, ils doivent résister à une pression pouvant atteindre 400 bars. À titre de comparaison, la pression des pneus d’une voiture se situe entre 2 et 3 bars. Les joints en TPU sont également très demandés dans d’autres machines de construction ainsi que dans les machines agricoles, les machines-outils et les perceuses à percussion.
Le site de Schwalmstadt est le centre de compétence de FST en matière de TPU. « Nous fabriquons nous-mêmes notre TPU, nous utilisons régulièrement environ 50 matériaux TPU différents », explique le Dr Hieber, qui ajoute : « Notre savoir-faire consiste à sélectionner les bonnes matières premières et à les combiner dans les bonnes quantités afin d’obtenir les propriétés souhaitées ». Le comportement du TPU n’est guère différent de celui du matériau caoutchouc.
La fabrication du TPU se déroule toutefois de manière très différente, dans de grands réacteurs comme dans l’industrie chimique. Le terme technique pour cette réaction chimique est la polymérisation. Des polyols, des isocyanates, des allongeurs de chaîne, des colorants, des fluidifiants et des stabilisateurs réagissent pour former des molécules à longue chaîne, appelées polymères. L’un des thèmes d’avenir est la fabrication de TPU à partir de matières premières biosourcées.
L’effet anti-poches
TPU n’est pas seulement particulièrement résistant à la pression. Il est extrêmement résistant à l’ozone et résiste également bien aux contraintes imposées par les fluides hydrauliques minéraux. Outre sa résistance et sa résistance à l’usure, la résistance à la déchirure figure également sur la longue liste des points positifs du TPU. « J’explique volontiers la résistance à la déchirure par l’effet du paquet de chips. Au début, il est souvent difficile d’ouvrir un sachet de chips, cela demande de la force. Mais une fois que le sachet est déchiré, il continue à se déchirer très rapidement. Ce n’est pas le cas du TPU. S’il est blessé ou entaillé, il ne se déchire plus. Cela assure une longue durée de vie ». En cas de températures élevées, le « caoutchouc ferreux » atteint toutefois ses limites de performance. À 120 degrés Celsius, c’est généralement la fin.
Un aspect positif en matière de durabilité : dans le cas du TPU, les carottes peuvent être fondues, regranulées, c’est-à-dire réutilisées. Ce n’est pas possible avec le caoutchouc.
Rouler au lieu d’étancher
Les liaisons à deux composants avec le métal ou d’autres matières plastiques sont également possibles avec le TPU, même au-delà des applications d’étanchéité classiques. Les disques de texturation constituent un domaine d’application très intéressant. La texturation est un processus d’ennoblissement des fibres synthétiques dans l’industrie textile. Des fils de fibres synthétiques lisses, qui rappellent les lignes de pêche, sont guidés à une vitesse énorme sur des disques de roulement à surface définie qui tournent à grande vitesse. Ces disques de texturation rugueux confèrent aux fils une structure gonflante semblable à celle du coton, ainsi que les propriétés correspondantes. FST fournit au leader mondial de la fabrication de ces disques de friction une solution à deux composants : le Lead Center de Schwalmstadt applique un revêtement en TPU sur le pourtour d’une pièce de support circulaire en plastique. Les deux composants s’accrochent l’un à l’autre de manière purement mécanique.
TPU au lieu de PTFE ?
En ce qui concerne l’avenir du matériau TPU, d’autres applications sont envisageables dans le créneau de marché « disques et rouleaux ». Un point de départ supplémentaire pour demain et après-demain est le remplacement du PTFE, matériau haut de gamme, par le TPU. Le PTFE fait partie des « produits chimiques éternels » difficilement dégradables, terme technique PFAS, sur lesquels le législateur a jeté un œil critique au niveau international. « Le PTFE a des caractéristiques uniques en termes de résistance à la température et aux fluides, que le TPU ne peut pas remplir. Mais jusqu’à présent, le PTFE était souvent utilisé dans les cylindres à des endroits où ses hautes performances n’étaient pas nécessaires. Avec le TPU, nous offrons ici une alternative fiable », explique Hieber.
Des accents de couleur
Un joint est noir (de suie) ? Pas toujours, loin de là ! Le TPU, par exemple, est beige clair. Comme tous les thermoplastiques, il peut être facilement coloré. Par exemple en bleu Freudenberg. Cette couleur représente d’une part l’entreprise. D’autre part, le bleu est une couleur très appréciée dans les machines alimentaires. En effet, aucun aliment n’est bleu. Ainsi, une particule détachée involontairement du matériau d’étanchéité attirerait immédiatement l’attention.
