Produits plastiques généraux : le système de matériaux de base qui soutient la vie moderne

Les plastiques courants désignent un type de plastique largement produit, largement utilisé, à bas prix et doté d'une résistance mécanique et thermique modérée. Ils comprennent principalement cinq catégories : le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC), le polystyrène (PS) et le copolymère acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). Ce type de matériau représente plus de 70 % de la production mondiale de plastique. Des sacs de courses et de la vaisselle du quotidien aux canalisations et emballages industriels, les produits plastiques courants sont devenus des matériaux de base indispensables à la production et à la vie quotidienne de la société moderne grâce à leur excellente aptitude à la transformation, leur diversité et leur économie.

1、 Caractéristiques principales et système de classification des plastiques généraux

L'universalité des plastiques universels découle de leurs performances équilibrées et de leur grande adaptabilité. Différentes catégories forment des scénarios d'application complémentaires grâce à leurs différences de structure moléculaire, formant collectivement un système de matériaux couvrant de multiples domaines.

Caractéristiques communes : avantages en termes de rendement et de rentabilité

Les cinq principaux plastiques généraux se caractérisent tous par des sources abondantes de matières premières (à base de pétrole ou de gaz naturel), des procédés de production matures (technologie de polymérisation industrialisée depuis plus d'un demi-siècle) et des méthodes de transformation diversifiées (moulage par injection, moulage par soufflage, extrusion, etc.). Leur production annuelle dépasse les 10 millions de tonnes : le PE et le PP représentent ensemble plus de 50 % de la production mondiale de plastique, le PVC et le PS environ 10 % chacun, et l'ABS environ 5 %. En termes de prix, le prix des plastiques généraux se situe généralement entre 8 000 et 20 000 yuans la tonne, soit seulement un tiers à un cinquième de celui des plastiques techniques, ce qui les rend adaptés à la production de produits à grande échelle et à faible coût.

En termes de performances, bien que les plastiques classiques n'offrent pas la résistance mécanique et thermique élevée des plastiques techniques, ils peuvent répondre à la plupart des exigences conventionnelles grâce à des modifications : leur plage de résistance thermique s'étend de -70 °C à 120 °C, leur résistance à la traction est comprise entre 10 et 50 MPa, et leurs limites de performance peuvent être étendues par trempe, renforcement et autres moyens. Cette caractéristique de « performances de base et de modifiabilité » permet de les utiliser non seulement pour la fabrication de produits d'emballage simples, mais aussi pour la fabrication de composants structurels grâce à la technologie composite.

Différences individuelles entre les cinq grandes catégories

Différents plastiques universels ont des propriétés uniques en raison de leurs différentes structures moléculaires :

Polyéthylène (PE) : Sa chaîne moléculaire est composée de carbone et d'hydrogène, sans groupements polaires. Il présente une excellente résistance chimique, une grande flexibilité et une excellente résistance aux basses températures, avec une densité de 0,91 à 0,97 g/cm³. C'est le plastique universel le plus léger. Selon sa densité, il peut être divisé en trois catégories : basse densité (PEBD, souple), haute densité (PEHD, rigide) et basse densité linéaire (PEBDL, d'une ténacité exceptionnelle).

Polypropylène (PP) : Sa chaîne moléculaire contient des groupes méthyles latéraux, avec une cristallinité élevée (50 % -70 %) et un point de fusion de 160-170 ℃. C'est le seul plastique universel capable de résister à des températures élevées supérieures à 100 ℃, avec une densité de 0,90-0,91 g/cm³. Il est plus léger que le PE, offre une meilleure rigidité, mais présente une fragilité plus marquée à basse température.

Polychlorure de vinyle (PVC) : avec une teneur en chlore de 56 %, il présente des propriétés ignifuges (indice d'oxygène de 24 à 28) et une résistance à la corrosion chimique. Ses performances peuvent être contrôlées par des plastifiants. Le PVC rigide (sans plastifiants) présente une forte rigidité, tandis que le PVC souple (contenant 30 à 50 % de plastifiants) présente une bonne flexibilité, mais une faible stabilité thermique et nécessite l'ajout de stabilisants.

Polystyrène (PS) : Sa chaîne moléculaire contient des cycles benzéniques, offrant une rigidité élevée et une bonne transparence (transmission GPPS de 90 %), mais est fragile. L'ajout d'une phase caoutchouc permet de fabriquer du polystyrène choc (HIPS), qui multiplie par 3 à 5 la résistance aux chocs, mais réduit la transparence.

ABS : un copolymère ternaire qui allie la résistance chimique de l'acrylonitrile, la ténacité du butadiène et la transformabilité du styrène. Il présente une résistance aux chocs de 10 à 40 kJ/m² et sa surface est facile à galvaniser. C'est le plastique le plus performant parmi les plastiques courants et il est souvent considéré comme un quasi-plastique technique.

2、 Principaux produits plastiques généraux et scénarios d'application

Les produits en plastique généraux ont formé un système de catégories complet allant des films, des tuyaux aux composants structurels grâce à des techniques de traitement diversifiées, pénétrant presque toutes les industries telles que l'emballage, les matériaux de construction, l'automobile et les nécessités quotidiennes.

Domaine de l'emballage : le plus grand marché d'application

L'emballage est le principal domaine d'application des plastiques, représentant plus de 40 % de leur utilisation. Différents types de plastiques remplacent les emballages traditionnels en papier et en verre grâce à leurs propriétés barrières, leur légèreté et leur faible coût.

Produits PE : Le film LDPE (épaisseur 0,01-0,1 mm) est utilisé pour les sacs alimentaires et les films étirables, avec des propriétés auto-adhésives et translucides ; Le film étirable LLDPE (allongement de 500 % à 800 %) est utilisé pour l'emballage des palettes, avec une excellente résistance à la déchirure ; Les bouteilles HDPE (capacité 500 ml-20 L) sont utilisées pour l'emballage des détergents et des cosmétiques, avec à la fois une résistance chimique et une rigidité.

Produits PP : Le film BOPP (polypropylène biaxialement orienté, épaisseur 10-30 μ m) est utilisé pour l'emballage des biscuits et des cigarettes, avec une brillance élevée et de bonnes propriétés barrières ; Les gobelets moulés par injection en PP (tels que les gobelets de yaourt, les gobelets de thé au lait) peuvent résister à des températures élevées supérieures à 80 ℃ et conviennent aux boissons chaudes ; Les sacs tissés en PP (avec une capacité de charge de 5 à 50 kg) sont utilisés pour l'emballage des engrais et des céréales, et leur résistance est 3 à 5 fois supérieure à celle des sacs en papier.

Produits PS : la boîte formée sous vide GPPS (épaisseur 0,2-1 mm) est utilisée pour l'emballage des fruits et des composants électroniques, avec une bonne transparence ; la boîte en mousse EPS (densité 10-30 kg/m³) est utilisée pour le transport sous chaîne du froid, avec d'excellentes performances d'isolation thermique, et son coût n'est que de 60 % de celui de la mousse de polyuréthane.

Produits en PVC : le film thermorétractable en PVC (taux de rétrécissement de 50 % à 70 %) est utilisé pour les étiquettes de bouteilles de boissons, qui adhèrent étroitement après chauffage ; le film souple en PVC est utilisé pour l'emballage sous vide de la viande, avec une flexibilité et une étanchéité exceptionnelles.

Architecture et matériaux de construction : intégration de la structure et de la fonction

Les plastiques universels remplacent les matériaux traditionnels (bois, métal, ciment) dans le secteur de la construction avec durabilité et facilité d'installation :

Produits en PVC : Les tuyaux en PVC dur (diamètre 16-630 mm) représentent 80 % du marché des tuyaux de drainage des bâtiments, sont résistants à la corrosion acide et alcaline et ont une durée de vie de plus de 50 ans ; les profilés en PVC (cadres de portes et fenêtres, lignes décoratives) ont été modifiés par formule, avec une résistance aux intempéries de plus de 10 ans et de meilleures performances d'isolation que les alliages d'aluminium.

Produits PE : Tube ondulé à double paroi en PEHD (diamètre 200-2000 mm) utilisé pour le drainage urbain, avec une rigidité annulaire de 8 kN/m² ou plus ; les tubes PE-RT (polyéthylène résistant à la chaleur) sont utilisés pour le chauffage par le sol et résistent longtemps à une température d'eau chaude de 70 °C. Ils offrent une bonne flexibilité et sont faciles à cintrer et à poser.

Produits PP : les tuyaux PP-R (polypropylène copolymère aléatoire) sont utilisés pour les conduites d'eau chaude et froide, avec un soudage pratique et des performances hygiéniques conformes aux normes alimentaires ; le panneau creux PP (épaisseur 2-10 mm) est utilisé pour les coffrages de construction, pesant seulement 1/5 du coffrage en acier, et peut être réutilisé plus de 50 fois.

Secteur automobile et transport : force principale des poids légers

Le plastique général est le matériau de base pour l'allègement des automobiles, avec une utilisation de 100 à 150 kg par véhicule, ce qui représente 70 % de l'utilisation totale de plastique dans le véhicule.

Produits PP : représentant 40 % de l'utilisation générale du plastique dans les automobiles, y compris les pare-chocs (renforcés avec 20 à 30 % de poudre de talc), les tableaux de bord (mélange PP/EPDP) et les panneaux de porte, réduisant le poids de 30 à 50 % par rapport au métal.

Produits PE : Le PEHD est utilisé pour les réservoirs d'huile (résistance à l'huile améliorée) et les conduits d'air ; le PEBD est utilisé pour la gaine des faisceaux de câbles, avec une bonne isolation et une bonne flexibilité.

Produits ABS : utilisés pour les pièces de décoration intérieure de voiture (telles que le volant, la console centrale), la surface peut être peinte ou galvanisée, avec à la fois beauté et résistance aux chocs ; HIPS est utilisé pour le revêtement des panneaux de porte intérieurs, avec un faible coût et un moulage facile de formes complexes.

Produits en PVC : utilisés pour les bandes d'étanchéité automobiles (PVC souple) et les tapis de sol (PVC mousse), avec une résistance aux intempéries et à l'usure qui répondent aux exigences des environnements d'utilisation automobile.

Dans le domaine des produits de première nécessité et de l'électroménager : des produits diversifiés et proches de la vie

Les plastiques universels, avec leurs couleurs riches et leurs caractéristiques de traitement faciles, sont devenus les principales matières premières pour les produits de première nécessité et les appareils électroménagers.

Produits PP : représentant 30 % du marché des produits de première nécessité, notamment les boîtes de conservation (résistantes aux micro-ondes), les manches de brosse à dents, les cintres, résistants aux hautes températures et difficiles à multiplier par les bactéries ; composants d'appareils électroménagers tels que la chambre à air de machine à laver (PP renforcé) et la coque extérieure de climatisation (PP ignifuge).

Produits PE : les tuyaux en PEBD (tels que les tubes de dentifrice et les tuyaux cosmétiques) peuvent être extrudés pour extraire le contenu ; les fûts en PEHD (5-50 L) sont utilisés pour le stockage de l'eau et des produits chimiques, et sont résistants aux chocs et ne se cassent pas facilement.

Produits PS : GPPS fabrique des articles de papeterie transparents (règles, chemises), des abat-jour ; HIPS est utilisé pour les jouets tels que les blocs de construction et les poupées, avec une bonne ténacité et une coloration facile, répondant aux normes de sécurité des produits pour enfants.

Produits ABS : Les boîtiers d'appareils électroménagers (tels que les téléviseurs et les imprimantes) représentent 25 % de l'utilisation de l'ABS, offrant à la fois rigidité et résistance aux chocs ; Les composants des petits appareils électroménagers, tels que les porte-lames de presse-agrumes, sont moulés avec précision par moulage par injection.

3、 Processus de production : chaîne de traitement complète de la résine au produit

La diversification des produits plastiques généraux découle d'un système de traitement mature, de la production de résine de base au moulage des produits, formant un processus industriel standardisé et à grande échelle.

Polymérisation des résines : un procédé industrialisé et mature

Les processus de polymérisation des cinq plastiques généraux ont tous été hautement automatisés et différentes variétés adoptent des voies techniques différenciées :

PE : Le LDPE adopte une méthode tubulaire à haute pression (100-300 MPa, 200-300 ℃), avec un degré élevé de ramification de la chaîne moléculaire ; le HDPE et le LLDPE sont produits par une méthode à basse pression (0,1-5 MPa) par polymérisation en suspension et polymérisation en phase gazeuse, respectivement, avec une bonne régularité de la chaîne moléculaire.

PP : Le procédé le plus courant est la polymérisation en masse en phase gazeuse (comme le procédé Spheripol), qui utilise le propylène comme monomère et polymérise sous l'action d'un catalyseur Ziegler-Natta. Différents produits à indice de fusion sont obtenus en régulant la distribution du poids moléculaire.

PVC : La polymérisation en suspension est utilisée à plus de 80 %. Le chlorure de vinyle monomère est dispersé en gouttelettes dans l'eau, déclenchant la polymérisation pour former une poudre de résine d'une granulométrie de 0,1 à 2 mm. Les propriétés de souplesse et de dureté sont ensuite ajustées par l'ajout d'additifs.

PS : Le GPPS adopte une polymérisation en masse, tandis que le HIPS introduit une phase de caoutchouc (polybutadiène) par copolymérisation par greffage, formant une structure en îlot "sea" pour améliorer la résistance aux chocs.

ABS : Le procédé le plus courant est le greffage en masse par lotion. Une lotion de caoutchouc butadiène est d'abord préparée, puis greffée avec du styrène et de l'acrylonitrile, puis fusionnée avec de la résine SAN (copolymère styrène-acrylonitrile).

Transformation des produits : technologies de formage diversifiées

Le moulage de produits plastiques généraux repose sur quatre procédés de base, qui peuvent être sélectionnés en fonction de la forme du produit :

Moulage par extrusion : convient aux tubes (tuyaux en PVC, tubes en PE), aux plaques (panneaux en PS, panneaux en PP) et aux films (films en PE, films en BOPP). Le plastique fondu est extrudé à travers des moules à l'aide de vis pour produire des produits linéaires en continu à une vitesse de 10 à 100 m/min.

Moulage par injection : utilisé pour les produits 3D (tels que les gobelets en PP, les coques en ABS), en injectant du plastique fondu dans un moule fermé, en le refroidissant et en le façonnant avant le démoulage, avec un cycle court (10 à 60 secondes/moule), adapté à la production de masse et une précision dimensionnelle jusqu'à ± 0,1 mm.

Moulage par soufflage : le moulage par soufflage de produits creux (comme les bouteilles en PEHD) et le moulage par soufflage de films (comme les sacs en PEBD) sont réalisés à partir de plastique fondu expansé et moulé par air comprimé, ce qui permet de produire des produits creux. La cadence de production des bouteilles peut atteindre 1 000 à 6 000 pièces/heure.

Moussage : Utilisé pour la mousse PS et PE. L'ajout d'un agent moussant (tel que le pentane) permet de former une structure cellulaire fermée à l'intérieur du plastique, réduisant ainsi la densité (à 0,01-0,1 g/cm³) et améliorant les performances d'isolation thermique et d'amortissement.

Lors du traitement, les paramètres doivent être ajustés en fonction des caractéristiques du plastique : la température de traitement du PE et du PP doit être comprise entre 150 et 250 °C, celle du PVC entre 160 et 200 °C (pour éviter la décomposition) et celle du PS et de l'ABS entre 200 et 250 °C. L'ajout de mélanges-maîtres colorants, d'antioxydants, de lubrifiants et d'autres additifs permet de colorer, de résister au vieillissement et de faciliter le démoulage.

4、 Défis environnementaux et voies de développement durable

Les produits plastiques généraux suscitent depuis longtemps la controverse quant à leur pollution blanche, en raison de leur utilisation intensive et de leur difficulté à se dégrader. Ces dernières années, grâce au recyclage, à l'innovation matérielle et à l'orientation politique, un système de développement durable a progressivement été mis en place.

Problèmes environnementaux : pollution et pression sur la gouvernance

Les défis environnementaux des plastiques universels se reflètent principalement dans trois aspects :

Pollution des produits jetables : les produits jetables tels que les sacs en plastique PE et les boîtes à lunch en mousse PS ont une durée de vie courte (quelques heures seulement), mais leur dégradation naturelle prend des centaines d'années. Leur rejet accidentel entraîne une pollution des sols et des mers. Chaque année, environ 8 millions de tonnes de plastique se déversent dans la mer.

Le système de recyclage n’est pas parfait : le recyclage général du plastique repose principalement sur le recyclage physique, mais en raison des difficultés de classification (comme la similitude d’apparence entre le PE et le PP), des impuretés élevées et des grandes fluctuations de la qualité des matériaux recyclés, le taux de recyclage mondial n’est que de 15 à 20 %, bien inférieur à celui des métaux et du verre.

Risques spécifiques aux matériaux : Le PVC contient du chlore et si la température est insuffisante lors de l'incinération, des dioxines seront libérées ; La mousse PS traditionnelle a un volume important et des coûts de transport et de récupération élevés ; Certains plastifiants, tels que les phtalates dans le PVC, présentent un risque de perturbation endocrinienne.

Recyclage : mise à niveau technologique de la physique à la chimie

La technologie générale de recyclage du plastique continue de progresser, formant un système de recyclage à plusieurs niveaux :

Recyclage physique : La méthode de recyclage la plus aboutie consiste à trier, nettoyer, broyer, fondre et granuler les déchets. Le PE recyclé peut être utilisé pour fabriquer des sacs poubelles et des canalisations. Le PP recyclé est utilisé pour les intérieurs automobiles et les tabourets en plastique. Le PS régénéré est utilisé pour les cadres photo et les bandes décoratives. Grâce à des technologies de tri intelligentes telles que la sélection des couleurs et la séparation magnétique, l'efficacité du tri a été améliorée de plus de 90 %.

Recyclage chimique : Pour les déchets fortement pollués ou mixtes, les plastiques sont décomposés en monomères ou carburants par pyrolyse (300-800 ℃), comme le PE et le PP, qui peuvent être décomposés en composants essence et diesel ; le PS peut être dépolymérisé en monomère de styrène avec une pureté de plus de 99 %, et réutilisé pour la polymérisation afin d'obtenir une circulation en boucle fermée.

Valorisation énergétique : Les déchets non valorisables sont incinérés pour produire de l'électricité, avec une valeur calorifique d'environ 40 MJ par kilogramme de plastique (équivalent à 1,5 fois celle du charbon), mais nécessitent des installations de traitement des gaz d'échappement pour contrôler les émissions de dioxines.

Innovation matérielle : orientation alternative et verte

L’innovation verte des plastiques généraux se concentre sur trois directions :

Alternatives dégradables : introduction de composants dégradables par mélange ou copolymérisation, tels que le PE et le PBAT (polybutylène adipate téréphtalate) mélangés pour fabriquer des sacs en plastique compostables, qui se dégradent dans l'environnement naturel pendant 6 à 12 mois ; le PS est remplacé par de la mousse à base d'amidon pour le rembourrage des emballages.

Plastiques universels biosourcés : L'utilisation de matières premières issues de la biomasse pour la production de plastiques, comme le PE biosourcé (à base d'éthanol de canne à sucre) et le PP biosourcé (à base d'huile végétale), offre des performances comparables à celles des produits traditionnels et réduit l'empreinte carbone de plus de 50 %. Coca-Cola, Nestlé et d'autres entreprises les ont déjà appliqués à grande échelle.

Réduction des performances élevées : Réduisez la consommation de matériaux grâce à l'optimisation structurelle, comme l'allègement des bouteilles en PET (de 30 g à 9 g) ; le PP améliore la résistance grâce aux nanocomposites, réduisant l'épaisseur de la paroi du produit de 20 % tout en conservant les mêmes performances.

5. Tendances futures : itération technologique et modernisation industrielle

Les produits en plastique généraux évoluent vers des performances élevées, une faible consommation et la recyclabilité, et l'innovation technologique et les politiques vont remodeler le paysage industriel.

Mise à niveau des performances : d'universel à dédié

Grâce à des modifications précises, les plastiques universels pénètrent progressivement dans le domaine du milieu et du haut de gamme :

Fonctionnalisation : Développer un film PE antibactérien (avec des ions d'argent ajoutés) pour la conservation des aliments, prolongeant la durée de conservation de 3 à 5 jours ; Le PP ignifuge est utilisé pour l'emballage électronique, atteignant le niveau UL94 V0 ; Le PS résistant aux intempéries prolonge sa durée de vie en extérieur de 1 an à 5 ans en ajoutant des absorbeurs UV.

Alliage : le mélange ABS/PC (alliage ABS/PC) améliore la résistance à la chaleur et est utilisé pour les boîtiers de batterie de véhicules à énergie nouvelle ; le mélange PP/PA (alliage PP/PA) améliore la résistance à l'huile et est utilisé pour les composants du moteur.

Économie circulaire : gestion du cycle de vie complet

Dans le cadre de la promotion des politiques, la chaîne industrielle générale du plastique se transforme vers un modèle en boucle fermée :

Responsabilité élargie des producteurs (REP) : les entreprises sont tenues d'assumer la responsabilité du recyclage des produits, comme l'exige l'UE pour un taux de recyclage des bouteilles en plastique de 90 % d'ici 2030, la politique chinoise "dual carbon" encourageant l'utilisation de matériaux recyclés, et l'utilisation de plastiques recyclés par les constructeurs automobiles doit atteindre 30 % ou plus.

Échelle de recyclage chimique : des installations de recyclage chimique d'un million de tonnes ont été construites dans le monde entier, comme le procédé de recyclage chimique PE/PP de Shell, qui peut convertir les déchets mixtes en matières premières de qualité primaire à un coût se rapprochant progressivement des procédés traditionnels.

Production intelligente : amélioration de l'efficacité et de la qualité

La technologie de fabrication intelligente permet une production universelle de plastique :

Optimisation de l'IA : en optimisant les paramètres d'injection grâce à l'apprentissage automatique, le taux de rebut est réduit de 50 % ; surveillance en temps réel de l'épaisseur de la préforme pendant le processus de moulage par soufflage, réglage automatique de la pression d'air et amélioration de l'uniformité de l'épaisseur de la paroi à ± 5 %.

Jumeau numérique : Construisez des modèles de production virtuels pour simuler les performances des produits sous différentes matières premières et procédés, et raccourcissez le cycle de développement de nouveaux produits (de 3 mois à 1 mois).

Pierre angulaire de l'industrie moderne, le développement de produits plastiques universels reflète les progrès coordonnés de la science des matériaux et de la demande sociale. Du simple emballage aux composants automobiles complexes, des produits jetables aux matériaux recyclables, General Plastics s'attaque aux obstacles environnementaux grâce à l'innovation technologique et continue de jouer un rôle irremplaçable dans le développement durable. À l'avenir, grâce à la maturité des matériaux biosourcés, du recyclage chimique et de la fabrication intelligente, les plastiques universels atteindront une double amélioration : haute performance et respect de l'environnement, contribuant ainsi à un mode de vie moderne plus respectueux de l'environnement et plus efficace.