Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
solubilité exprimé en J 1/2 /cm 2/3 (respectivement 17 et 25 pour le PE et le PA6), V est le volume
molaire (cm 3 /mol), R est la constante des gaz parfaits (cal/mol∙K) et T la température absolue
(K).
En thermodynamique des polymères (Joanny et Leibler [1978], Wool [1995]), un système de
deux polymères non ou partiellement miscibles différencie deux termes : interface et
interphase. L’épaisseur de l’interphase, ∆l (de l’ordre du rayon moyen de giration des deux
constituants), est inversement proportionnelle à la tension interfaciale α12. C’est l’expression
dite la dérivée de Helfand et Tagami (Equation 61) :
[( 2k
T )/
9b] ⋅[ ( χ − χ )/
χ ]
∆l
=
B
crit crit
α
Équation 61
12
Il est important de noter au passage que Jones et al. (2003) ont calculé via cette dernière
équation l’interphase de systèmes bi‐couches réactif de poly(méthyl méthacrylate) greffé
anhydride et polystyrène fonctionnalisé amine. Pour nos systèmes d’étude, la valeur de la
tension interfaciale chute de 5,25 mN/m pour un SNR à 0,17 mN/m pour un SR (Cf. Partie
C). Ces valeurs théoriques conduisent après leur injection dans la précédente équation à des
épaisseurs d’interphase de 6 Å pour un système non réactif et de 20 nm pour un système
réactif, à 240°C. Ces résultats corroborent ceux de Yukioka et al. (1993) et de Abdellah et al.
(1996).
Nous proposons dans ce qui suit de confronter ces résultats obtenus via la thermodynamique
avec ceux extraits des résultats rhéologiques suite à la sollicitation de plusieurs couches de
polymères. Nous rappelons quand même, et par un souci de clarté, que l’utilisation de
l’équation 57 a démontré que la distance de pénétration d’une chaîne de PE est estimée à 0,63
μm après une heure de temps de contact avec du PA6. Ceci en estimant que la diffusion des
chaînes de PE‐GMA est similaire à celles du PE et en utilisant une expression pour une
interface symétrique. Nous notons que cette approximation a été utilisé avec une réserve
sachant que les réactions chimiques à l’interface pourraient jouer un rôle de barrière à
l’interdiffusion et par conséquent on pourrait s’attendre à des épaisseurs d’interphase
beaucoup plus petite.
Néanmoins, la distance de pénétration non négligeable confirme les résultats rhéologiques
précédents en estimant qu’au fur et à mesure que les chaînes diffusent à travers l’interface, la
sollicitation d’un système de bicouche reflète dans le temps une réponse viscoélastique de
trois couches avec l’interphase. Toutefois, cette diffusion mutuelle peut être ralentie voire
diminuée avec la saturation de l’interphase par les ancrages physico‐chimiques ainsi créés.
Un tel mécanisme a nécessité un modèle d’évolution de cette interphase dans le temps
prenant en considération toutes les manifestations physico‐chimiques sondées auparavant
par l’outil rhéologique.
Pour ce faire, et afin de mesurer la contribution de lʹeffet d’interface/interphase dans les
systèmes multicouches réactifs, nous avons essayé d’exprimer l’épaisseur de cette interphase
créée entre les différentes couches en fonction des paramètres viscoélastiques à un temps de
contact et une fréquence de sollicitation donnés en se basant sur les résultats expérimentaux
ainsi obtenu dans cette partie. Ceci n’est pas nouveau, nous rappelons pour la petite histoire
que C.J. Carriere et R. Ramanathan [1999] ont déjà étudié le comportement viscoélastique des
Partie C
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