Structure et propriétés des polymères - Profil: D. GRIDAINE

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L.P. M.C.A Module Plasturgie D.GRIDAINE 2009-2010 Le spectre thermomécanique de tout polymère amorphe ou (toute phase amorphe d'un polymère semi-cristallin) comporte au moins deux transitions. temps (B) La transition associée à la transition vitreuse (courbe G dans la figure). Elle marque le passage de l'état vitreux à l'état liquide-caoutchoutique. Et la transition associée à l'apparition de mouvements locaux (courbe B dans la figure). Il peut y avoir plusieurs transitions secondaires successives ( , , …). Une transition secondaire importante la transition ductile-fragile La transition ductile-fragile (TDF) marque la frontière entre le domaine où le matériau se comporte comme un verre minéral (rupture fragile sans déformation plastique macroscopique) et celui où il a un comportement ductile, avec seuil de plasticité et déformation plastique macroscopique. Cette frontière peut être établie sur la base d'essais de traction, de choc à vitesse contrôlée, de mesures de ténacité propagation de fissure. I Figure 16: Les transitions communes à tous les polymères. Une transition majeure : la transition vitreuse (phases amorphes) II I (G) III température Figure 17: Allures d'une courbe contrainte – déformation lors d'un essai de traction en régime fragile (F) et ductile (D) Page 18
L.P. M.C.A Module Plasturgie D.GRIDAINE 2009-2010 Comme on 1'a vu, la transition vitreuse marque le passage de l’état vitreux à l’état caoutchoutique. Sur le plan pratique, la transition vitreuse est pour un polymère amorphe, le point de ramollissement (chute catastrophique de la rigidité) Elle marque la limite (supérieure pour les plastiques et inférieures pour les élastomères) d’utilisation du polymère. Tg est fonction croissante de la pression. Une transition diffuse : la transition liquide-liquide des polymères linéaires Dans les polymères linéaires de masse molaire élevée et dans les polymères tridimensionnels, on observe l'existence d'un plateau caoutchoutique. Dans sa partie supérieure, ce plateau n'est borné que par la dégradation thermique du polymère dans le cas des polymères tridimensionnels. Par contre, dans le cas des polymères linéaires, on observe un passage plus ou moins franc de l'état caoutchoutique à l'état liquide. Nous appellerons cette transition Tll : transition liquide-liquide. Cependant, son utilité pratique est indéniable, car elle marque plus ou moins précisément le début du domaine dans lequel le polymère peut être mis en œuvre. Contrairement à Tg, Tll augmente rapidement avec la longueur des chaînes. Pour M < Mc (masse molaire critique), Tg et Tll sont confondues, il n'y a pas d'état caoutchoutique. Pour M>Mc, Tg et Tll augmentent avec M mais avec des concavités opposées. On peut distinguer les trois domaines : (I) verre, (II) caoutchouc, (III) liquide. La mise en œuvre par injection, extrusion ne peut s'effectuer que dans le domaine (III). Le thermoformage n'est possible que dans le domaine (II). Une transition spécifique des polymères ordonnés : la Fusion La fusion et la transition vitreuse sont gouvernées par les mêmes facteurs, en particulier la cohésion et la rigidité, c’est pourquoi il existe une bonne correspondance entre Tg et Tf : 0.5 < Tg/Tf < 0.8 pour l’ensemble des polymères Une pseudo transition importante la dégradation thermique Figure 18: Variation de Tg et Tll avec la masse molaire Considérons un polymère et une propriété P de ce polymère. Si l’on porte à une température élevée pendant un temps suffisamment long, P évolue sous l'effet de la dégradation thermique du polymère et finit par atteindre une valeur seuil au-delà de laquelle le matériau devient impropre à l'utilisation. Page 19
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