Propriétés thermomécaniques des
polymères
Intro
I-
Influence de la température
1/
Protocole expérimental : module d'Young
2/
Influence de T sur le module d'Young
3/
Masse volumique
II-
Relation structure/ propriété thermomécanique
1/
Matériaux souples à température ambiante
2/
Matériaux durs à température ambiante
Conclusion
En version
plus
développée...
Intro
:
Définition d'un polymère.
Axe de dureté / autres matériaux solides (dans le cours...si on s'en souvient ! )
I-
Influence de la température
1/
Protocole expérimental : module d'Young
Dessiner une éprouvette, montrer la traction exercée, la mesure faite (
allongement l = f(σ) )
Classer les matéraiux en fonction de l'allure de la courbe ( dur et
cassant , mou et élastique , dur et élastique...) à
reproduire brièvement.
|
1° matériau dur et cassant
2° matériau moins dur et élastique au delà d'une certaine traction |
Définir le module d'Young dans la partie linéaire de la courbe
.
2/
Influence de T sur le module d'Young
Tracer les différents types de courbe : définir à ce propos :
- polymères amorphe ( exemple PS ou polycarbonate ) ,
semi-cristallin ( PE haute densité ) , réticulé ( polybutadiène
réticulé ) : donner les formules de chaque
- Tg et Tf
: définition et différence
- absence de Tf pour les réticulés (destruction avec T )
=> notion de polymère thermodurcissable
et thermoplastique
|
___
polymère réticulé : destruction après T trop élevée ( Tg)
------
polymère semi cristallin ( Tg puis Tf )
____ polymère amorphe ( Tg ) |
Un polymère semicristallin peut après fusion
recristalliser en polymère amorphe par un refroidissement trop rapide
qui empêchera la construction des zones cristallines
3/
Masse volumique
Augmentation de T => mouvements locaux, coopératifs, reptation
=> éloignement des chaînes entre elles => augmentation du
volume massique, cad dilatation au chauffage, particulièrement après Tg
: augmentation continue
du volume massique pour les amorphes
Phénomène plus marqué dans le cas des semi-cristallins, à la fusion des
zones cristallines : (discontinuité
du volume massique à la Tf = la disparition des zones cristallines)
|
La discontinuité du volume
massique est relative au polymère semi cristallin |
II-
Relation structure/ propriété thermomécanique
1/
Matériaux souples à température ambiante
Attention il faut donner des exemples précis .
Il faut une Tg basse , et un matériau peu ou pas du tout cristallin donc : - ou des chaînes ramifiées :
copolymériser de l'éthylène avec un peu de butadiène ou favoriser des
transferts de radicaux en polymérisation radicalaire (expliquer avec le
mécanisme...on montre sa science ! ) pour obtenir des ramifications
- ou des irrégulatités structurelles : copolymériser de l'éthylène et des alcènes plus longs ( butène, isopentène, styrène )
- des polymères avec des points rigides : polyéthercétones : -(- O- Ph -(C=O) - Ph -)- ( obtenu par polycondensation )
- On peut rajouter des adjuvants plastifiants qui éloignent les chaînes les unes des autres ( souvent des phtalates ) en est un exemple ( attention, ils sont toxiques et s'évaporent du matériau...)
2/
Matériaux durs à température ambiante
Il faut soit Tg très élevée, soit un matériau semi cristallin
- il faut des chaînes trèèèès longues : l'enchevêtrement gêne la cristallisation , mais alors Tg augmente : polymère amorphe dur
- Des polymères stéréoréguliers ( isotactiques ou syndiotactiques) présentent de bons taux de cristallisation ( polypropylène syndiotactique par exemple : en donner la formule )
- Des
chaînes très régulières : polyéthylène haute densité, non ramifié . La
polymérisation anionique est très efficace pour ce type de chaînes.
- les
polymères réticulés : les phénoplastes ou résines formophénoliques
obtenues par triphénols + méthanal ( acétals obtenus
avec élimination d'eau par polycondensation )
Conclusion
Utilisations multiples des polymères, et matériaux composites pour obtenir encore plus de propriétés thermomécaniques élevées .