Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
Deux structures multicouches d’une épaisseur de 600μm, préparées par le procédé de
coextrusion qui sera décrit amplement dans la partie D, ont été étudiées :
1) Systèmes à fractions volumiques variables et nombre dʹinterface constant entre les deux
constituants.
2) Systèmes à fractions volumiques constante et à un nombre dʹinterface variable.
Ces structures multicouches ont été toutes réalisées dans les mêmes conditions à savoir une
température de 230°C inférieur à la température de réaction et à un temps de séjour constant
dans le bloc de stratification (moins d’une minute). Tous les échantillons de films ont été
préparés selon les mêmes conditions de procédés afin d’éliminer les erreurs entre
échantillons. Des compositions en PE de 30, 50 et 70% ont été préparées pour un nombre de
couches constant entre les deux constituants. D’autre part, des films multicouches de
composition constante de 50 et 70% ont également été préparés dans le cas d’échantillons
contenant un nombre variable de couches.
Les échantillons/ films obtenus ont ensuite été coupés en disques de 25 mm de diamètre. Ils
ont ensuite subi un traitement thermique à 40°C sous vide pendant une semaine afin
d’éliminer les éventuels contaminants de aire et permettre la relaxation des chaînes orientées
à l’aire des échantillons du fait du cisaillement et de l’élongation intervenus pendant le
procédé de coextrusion. Les mesures rhéologiques de ces systèmes multicouches ont été
réalisées à l’aide d’un rhéomètre à déformation contrôlée et avec un protocole similaire à
celui décrit dans le paragraphe (2.1).
Influence de la composition :
La Figure 84 compare le comportement rhéologique des systèmes bi‐couches réactifs PE‐
GMA/PA6 (1) contenant 50 et 30% vol de PA6 (1) à celui de leurs constituants seuls. La
viscosité dynamique des deux systèmes bi‐couches augmente à la plus faible sollicitation ce
qui est similaire à ce qui avait été observé et interprété auparavant pour les systèmes
bicouches 50/50 dans le paragraphe 3.6.
Nous rappelons au passage que l’augmentation de η*(ω) est également la confirmation de la
formation du copolymère par réaction du PE‐GMA et des groupes amines/acides des bouts
de chaînes PA6. Récemment, Kim et al. (2003) ont étudié la cinétique de la réaction
interfaciale d’un système PS‐mCOOH/PMMA‐GMA, et ont proposé trois étapes distinctes
dans les changements de module de viscosité avec le temps. Ils ont également étudié
l’évolution de la morphologie interfaciale par microscopie à force atomique (AFM) et
microscopie électronique en transmission (MET), et ont trouvé que pour ce système, des
micro‐émulsions étaient formées dans la phase de masse. Cependant, ils n’ont pas donné une
explication physique claire concernant la corrélation entre le changement des propriétés
rhéologiques et la conversion en copolymères formés in situ. Dans un système bi‐couche
réactif comme le notre, la formation du copolymère est plus limitée, à des temps de contact
élevés, par un mécanisme réactionnel que par la diffusion des chaînes réactives. D’ailleurs, la
réaction devrait être contrôlée en premier temps par un mécanisme diffusionnel des groupes
COOH et NH2 de bouts de chaînes PA6(1) puisque (i) le PE‐GMA contient plus de groupes
réactifs que la chaîne PA6 (1), (ii) la température de réaction (240°C) [Lamnawar et Maazouz.
(2007), Wei (2005)] est supérieure à la température de fusion du PE‐GMA, permettant ainsi
aux chaînes PE‐GMA de bénéficier d’une mobilité relativement élevée, et (iii) un PA6 (1) de
Partie C
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