Rhéologie aux interfaces des matériaux polymères multicouches et ...

Khalid Lamnawar
INSA de Lyon
Dans la partie C, nous avons montré qu’il est possible de suivre les mécanismes de
diffusion/réaction aux interfaces polymère/polymère dans un système multicouche par
rhéométrie dynamique. La compétition entre l’interdiffusion polymère/polymère et la
réaction interfaciale dans une structure sandwich a été étudiée. L’outil rhéologique se révèle
une sonde très fine pour explorer les propriétés aux interfaces des matériaux multicouches.
L’influence de différents paramètres liés au procédé (température, temps de contact,
cisaillement,…) sur le comportement rhéologique des matériaux a été démontré.
Cette étude rhéocinétique a été confortée par des analyses IRTF et RMN révélant les
mécanismes physico‐chimiques mis en jeu.
Les résultats expérimentaux ont été confrontés aux modèles décrivant le comportement
rhéologique de systèmes multiphasiques. Ainsi, nous avons proposé l’utilisation d’une
expression de l’évolution du module de conservation élastique en fonction du temps de
contact. Les manifestations observées et les résultats obtenus ont été analysés en se basant
sur les mécanismes physico‐chimiques mis en jeu.
L’utilisation du modèle de Bousmina, Palierne et Utracki a montré que la réaction permet de
diminuer les effets de glissement à l’interface confirmant éventuellement la génération d’une
interphase.
La modélisation de l’interphase dans les matériaux multicouches par l’outil rhéologique et
thermodynamique a été explorée par la suite.
A partir des résultats obtenus, il apparaissait clairement que les viscosités des systèmes
multicouches augmentaient de manière significative avec l’augmentation de la contribution
de l’interphase. Les résultats ont montré également que la variation du module dynamique
du système multicouche reflète à la fois les effets liés à la diffusion et à la réaction chimique.
En outre, la détermination expérimentale de la tension interfaciale a permis d’estimer
l’épaisseur de l’interphase via des modèles thermodynamiques. Cette évaluation
expérimentale a été confrontée à une étude théorique à partir d’un modèle que nous avons
développé et qui prend en compte l’évolution de cette interphase en fonction du temps et les
différents paramètres viscoélastiques. Ces résultats corroborent bien ceux obtenus
théoriquement via les modèles thermodynamique. Les résultats expérimentaux étaient en
bon accord avec les résultats théoriques. L’épaisseur de cette même interphase est reliée à
son tour aux propriétés adhésives des systèmes multicouches.
Toutefois, il est important de noter que nous avons actuellement des analyses en cours
faisant appel à la microscopie à force atomique (AFM) afin d’évaluer plus précisément
l’épaisseur de l’interphase et confirmer éventuellement nos modélisations. Pour une faute de
temps ces analyses ne figurent pas dans le manuscrit.
En plus, cette étude a démontré également la présence d’ondulations au niveau de l’interface
notamment pour les systèmes réactifs. Une explication raisonnable pour justifier la présence
d’une interface ondulée serait de dire que la formation du copolymère diminue la tension
interfaciale jusqu’à la faire tendre à zéro et que les sollicitations pendant la réaction
interfaciale pourraient conduire à une interface ondulée avec une interphase pouvant
contenir plus de copolymère qu’une interface plane. Une autre possibilité pour expliquer ces
phénomènes pourrait être avancée au moyen du rapport de viscosité.
Outre leur aspect fondamental, les résultats expérimentaux de cette étude ont été mis à
profit de l’optimisation des conditions de mise en œuvre en relation avec les propriétés
finales des systèmes multicouches.
Conclusion générale et perspectives
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