Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
Des centaines de publications ont été dédiées à cette thématique depuis les années 1970
surtout pour des systèmes compatibles et incompatibles avec surtout une approche
mécanique et numérique. Pour les multicouches à base de polymères incompatibles où une
réaction de greffage ou de réticulation se produit aux interfaces (assurant en pratique une
affinité physico‐chimique entre les polymères pour éviter le délaminage du produit final),
peu de résultats ont été publiés. Nous avons engagé depuis trois ans dans notre laboratoire
une recherche relative au procédé de co‐extrusion qui consiste à enrichir l’approche classique
purement mécanique par des considérations rhéologiques relatives aux propriétés de
l’interface/interphase. Cette étude rentre dans le cadre des travaux permettant de créer les
conditions d’une meilleure maîtrise des procédés multicouches afin d’obtenir des matériaux
à propriétés contrôlées.
En effet, les propriétés d’usage des multicouches de polymères réactifs étant fonction de des
mécanismes physico‐chimiques se manifestant à l’interface, il est important de pouvoir
maîtriser l’évolution de ceux‐ci au cours du procédé de mise en œuvre. La morphologie à
l’interface dépend dans ce cas essentiellement des propriétés rhéologiques des différentes
couches (rapport des viscosités, d’élasticités…) et également de la cinétique de la réaction
aux interfaces et de la cinématique de l’écoulement (cisaillement – élongation). Ces
problèmes se révèlent primordiaux pour comprendre aussi bien les propriétés
microscopiques que macroscopiques. Les paramètres procédés (débit, taux de cisaillement,
température) ont également leur rôle à jouer dans le procédé.
Ce travail a pour objectif de donner des réponses à ces problématiques avec une approche
matériau/procédé en vue d’optimiser la co‐extrusion des multicouches réactifs qui demeure
assez complexe. Nous essayerons ainsi de donner des élements de réponse sur l’apport de
l’affinité physico‐chimique (interdiffusion, réaction) à l’interface polymère polymère dans la
stabilité des écoulements multicouches réactifs. Nous développerons des méthodologies
d’études sur la base de systèmes réactifs modèles permettant de quantifier
l’interface/interphase (état d’avancement de la réaction chimique, d’interdiffusion des
chaînes) et son influence directe sur la génération des instabilités interfaciales.
Une démarche pluridisciplinaire allant de la bonne compréhension, de la modélisation des
phénomènes se manifestant à l’interface polymère/polymère (interdiffusion/réaction) jusqu’à
l’optimisation des propriétés finales après mise en oeuvre de ces matériaux multicouches
réactifs sera présentés dans ce manuscrit.
Dans ce contexte, nous avons hiérarchisé notre démarche de travail et par conséquent la
présentation des résultats sera divisée en quatre grandes parties complémentaires. Chacune
des parties a été conçue pour pouvoir être lue de manière totalement indépendante des
autres, et débute par une brève introduction exposant les motivations théoriques, pratiques
et/ou industrielles qui sous‐tendent le sujet abordé :
La partie A fera l’objet d’une étude bibliographique initiale ayant comme but de faire
l’état de l’art sur les différents points que nous aborderons au fil de ce manuscrit. Il sera tout
d’abord fait état les études théoriques et expérimentales menées sur la problématique, avec
une approche dite procédé, des défauts de coextrusion. Un intérêt particulier sera donné
Introduction générale
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