Polymère PDF

 

Généralités sur les polymèr polymères es

1

 

Rappels: Les grandes classes de matériaux Aciers

Métaux et alliages Aciers Aluminium Fontes Or  Zinc

Alliages légers

…

Superalliages Fontes

2

 

Céramiques

Rappels: Les grandes classes de matériaux

Verres et céramiques Verres Béton Céramiques techniques (Alumine, diamant, carbure…)

Porcelaine Briques …

Minéraux

Argile

Verres Ciments, Bétons

3

 

Rappels: Les grandes classes de matériaux

Matériaux Boisnaturels Soie Cotton Papier  Cuir  …

4

 

Rappels: Les grandes classes de matériaux

Thermoplastiques

Polymères Elastomères Thermoplastiques (PVC, PP, PE…)

Thermodurcissables (EP, PA…)

Mousses …

Elastomères Thermodurcissables

5

 

Rappels: Les grandes classes de matériaux

Fils d’acier + Caoutchouc (pneumatiques)

Matériaux composites Matrice céramique Matrice métallique Matrice polymère …

Al2O3, SiC… Verres Minéraux …

Céramiques

6

 

Rappels: Caractère mixte des liaisons

Liaisons interatomiques

Liaisons faibles Van der Waals

Liaisons fortes  Métallique, ionique, ionique, covalente

Situation de certains matériaux réels par rapport aux 4 types de liaisons 7

 

Généralités sur les polymères Généralités 

Le mot polymère vient du gr grec ec « po polus lus » plus plusieurs ieurs,, et « m meros eros » part partie. ie.



Un polymère est une macromolécule (molécules géantes), organique ou inorganiqu inorganique, e, constituée de l'enchaînement répété d'un même motif, le monomère.



Le nombre d’unités monomères constitutives d’une chaine polymère est appelé le degré de

polymérisation (DP). 

Les chaînes constituées d’un petit nombre d’unités monomères sont appelées oligomères (2 DP6 quelques dizaines).

≤ ≤

8

 

Etapes d’obtention d’une matière plastique

Liquide visqueux, mélange de plusieurs produits à divers points PETROLE

d’ébullition

Raffinage + Distillation MONOMERE

Molécule de C+ H …O Polymérisation : étape d’attache d’att ache des monomères

POLYMERE

Mélange (adjonction des additifs et adjuvants) a djuvants) MATIERE PLASTIQUE Transformation (injection ; extrusion…) ext rusion…)

PIECES PLASTIQUES

9

 

Etapes d’obtention d’une matière plastique

Nom

Temp. d’ébullition °C

Formule

Méthane Éthane Propane Butane

−161,4 °C

−0,5 °C

CH4 C2H6 C3H8 C4H10

Pentane hexane

36,3 °C 69 °C

C5H12 C6H14

−88,6 °C −42,2 °C

10

 

Les polymères, c’est quoi ?

Les polymères organiques sont synthétisés au départ de monomères qui sont des molécules réactives de faible masse molaire qui, par   polymérisation ou par   polycondensation, en enge gend ndre rent nt de dess struct structures ures macr macromol omolécula éculaire ires. s.

11

 

Les polymères, c’est quoi ? Du monomère à la macromolécule Chaine moléculaire

Monomère

NOTATION :

Cess ma Ce macr crom omolé olécu cule less sont sont formé formées es pa parr ex exem empl plee de la répétition d’un même motif n fois tout au long de la molécule

n est appelé « degré de polymérisation » n peut être très élevé : de l’ordre de plusieurs millions

12

 

Synthèse des polymères polymérisation

Monomère(s)

Conditionss et catalyseur(s) Condition

Polymère

Leur synthèse met en jeux des réactions de polymérisation qui consistent donc à associer ces

motifs de répétition par des liaisons covalentes. Deux grandes méthodes : Par réaction de polymérisation en chaîne ( polyaddition) Par réaction de polymérisation par étapes ( polycondensation) 13

 

Formule chimique

Formule de l'éthylène

Brute :

Formule chimique polyéthylène

(CH4)n

C2H4

Semi développée: CH2=CH2

polymérisation

Développée :

Topologique :

=

14

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polyaddition C’est une polymérisation qui consiste à associer plusieurs monomères identiques par l’ouverture de la double liaison carbonecarbone (C = C) sous l’influence de la chaleur, la pression et en présence des catalyseurs.

Synthèse du polyéthylène PE

Polymérisation : polyaddition

15

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polyaddition : Exemples Synthèse du polypropylène PP

Synthèse du polychlorure de vinyle PVC

16

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polyaddition : Exemples Synthèse du polystyrène PS

Synthèse du Polyméthacrylate de méthyle PMMA

17

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polycondensation

- Une polycondensation es estt un unee co conde ndensa nsati tion on rép répét étée ée - Lors d’une condensatio condensation: n: deux moléc molécules ules réagissent réagissent pour en former former une autre avec éliminatio éliminationn d’un résidu simple. (eau, alcool, ammoniac) Exemple: Estérification acide

R

+

C

O

alcool

donne

ester +

H

+

O

R' = R 

C

O O

O

eau

H

+ O R'

H

H

18

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polycondensation: Polycondensation du polyester (PS) Ethylène glycol

Acide apidique

+ n

eau

+ eau n

19

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polycondensation: Polycondensation du nylon (polyamide 6.6) Hexaméthylène diamine

 H  2 N  –  (CH  2 )6 –  NH   NH  2

Acide adipique

 HOOC  –  (CH  2 ) 4 –  COOH

+ eau

Polyamide 6-6 : Nylon

n

20

 

Synthèse des polymères Les polymères obtenus par polycondensation Exemples: Nylon

Araldite

Polyamides

Résines époxy

Polyesters

Lycra

Polyéthylène téréphtalate PET

Polyuréthanes

21

 

Classement des polymères Plusieurs façons de classification

 



Selon l’architecture

 

Selon le nombre de monomères Selon les propriétés Selon l’ordre moléculaire

 

Selon l’architecture

On di dist stin ingu guee de deux ux type typess de ch chaî aîne nes: s:

Les pol polymè ymère ress lin linéai éaire res: s: le less mot otif ifss s’enc enchaî haînen nentt de manièr manièree unid unidime imensi nsionne onnelle lle.. Le Less po polym lymèr ères es ra rami mifi fiés és:: s’il existe des ramific fications sur la cha haîîne, elle peuvent être cour ourtes (polymère branché) ou lo lonngu gues es et rel elié iéees entr entree elle elless (en étoile étoile,, dendri dendritiq tique, ue, polymè polymère re réticu réticulé lé):

22

 

Classement des polymères 

Selon le nombre de monomères

On distingue : - Les homopolymères : formés à partir d’un unique monomère. Exemple : PS

A-A-A-A-A-A-A-A

- Les copolymères : formés à partir de monomères différents. Exemple : PET Copolymère alterné Quand les deux monomères alternent sur la chaîne, le polymère est appelé copolymère alterné.

Copolymère statistique Dans un copolymère statistique, les deux monomères se suivent dans n'importe quel ordre:

23  

Classement des polymères 

Selon le nombre de monomères

Les copolymères Copolymère à bloc Dans un copolymère bloc, les monomères identiques sont groupés. Un copolymère bloc peut être considéré comme deux homopolymères réunis par leurs extrémités:

Copolymère greffé Quand les chaînes de polymère B sont greffées sur une chaîne de polymère A, on a un copolymère greffé

24  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

Polymères

Elastomères

Thermoplastiques Thermodurcissables

25  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

Thermoplastique: soumis a une élévation de température modérée, les polymères deviennent mous mais sans modification des liaisons chimiques.

Les polymères thermoplastiques sont constitués de macromolécules de taille limitée, linéaire ou ramifiée.

Ces résines peuvent être ramollies par chauffage et durcies par refroidissement.

L ’opération est réversible et peut être répétée plusieurs fois.

26  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

 

Liaisons faibles entre les chaines Fusibles Fusib les (Ramollis (Ramollissimen simentt en températur température) e) Réversibles (peut être ramollit plusieurs fois) Facilement mis en forme Recyclable Isolant, Neutre, Biocompatible Bonne résistance chimique

Les inconvénients Mauvaise tenue thermique (70°C-100°C (70°C-100°C)) Module Soluble faible (3 GPa)

Glissement facile entre les chaines  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

27

28  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

Thermodurcissable: les températures élevées provoquent des réactions de pontage et réticulation irréversibles qui conduisent à des réseaux rigides tridimensionnels.

Ces résines peuvent être transformées par la chaleur en un état infusible et insoluble.

L ’opération est irréversible et le recyclage des déchets est impossible. Réseau 3D amorphe et réticulé

29  

Classement des polymères 

Selon les propriétés  

Liaisons covalentes entre les chaines Infusible (se dégradent) Irréversibles (impossible d’inverser la réticulation) Mise en forme unique  Non recyclables Bonne tenue à chaud Insoluble

Les inconvénients Couleurs foncées seulement Odeurs désagréables

30  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

On les trouve sous forme liquide, pâteuse ou solide. Ils sont utilisés en : - résines : articles de sport, coques, pièces pour l ’aéronautique...

- adhésifs : collage de béton, de métaux, de plastiques...

poudres res à mouler mouler : isolation électrique... - poud - peintures et vernis,

- composites hautes performances. performances.

31  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

Elastomères: sont par définition des polymères ayant des propriétés élast élastiques iques réver réversible sibless (allongement réversible important) important) car le déplacement des chaînes les unes par rapport aux autres n’est limité que par une légère réticulation (de l ’ordre de 1 réticulation pour 1000 motifs). Ce qui rend les élastomères spéciaux, c'est qu'ils qu 'ils peuvent être étirés de plusieurs fo fois is leur longueur d'origine, et reprendre leur forme initiale sans déformation permanente.

Exemple: caoutchouc naturel, polybutadiène et polyisoprène.

32  

Classement des polymères 

Selon les propriétés

Les molécules d'un morceau de caoutchouc, n'importe lequel, sont désordonnées : ce qui explique que le caoutchouc reprenne sa forme initiale

Elastomère avant étirement

Elastomère après étirement

Etirement Relâchement Thermoduree peu réticul Thermodur réticuléé Grand allongement à la rupture (>100%)

33  

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

microstructuress Dans les polymères : 4 microstructure

Amorphe

Cristallin

Semi cristallin

Liaisons fortes Forme aléatoire Liaisons faibles

Topologie figée

Forme régulière Liaisons faibles kevlar  Polymère semi-cristallin à faible taux de cristallinité

Les molécules ne peuvent glisser

34

À chaud les molécules peuvent glisser glisser,, se réarranger  

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Cas : Semi cristallin

Des zones cristallines cohabitent avec des zones amorphes.  Plus cristallin  plus dur et plus cassant.



Exemples

Matière amorphe

PS : polystyrène ABS : Acrylonitrile butadiène styrène

Matière semi cristalline

PVC / PMMA / PPO PA : polyamides

POM / PEHD /PEBD

35

 

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Les polymères cristallisent lorsqu'ils ont une structure régulière. Ils ne cristallisent jamais totalement pour différentes différentes raisons: d'irrégularités structurales structurales (en particulier ramifications). Ces dernières sont exclues des cristaux au cours de leur - La présence d'irrégularités croissance. Notons que la copolymérisati  copolymérisation on peut être un moyen moyen d'introdui d'introduire re du désordre da dans ns la chaîne po pour ur empêcher sa cristallisation. - La lenteur des réarrangements conformationnels conformationnels permettant à la chaîne d'intégrer les zones d'ordre cristallin. - La pré présen sence ce d'enchevêtrements de chaînes dans la phase amorphe, qui s'opposent à la cristallisation.

36  

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Cas : Semi cristallin

Le taux de cristallinité domaines cristallins (cristallites)

)       (  (−  −  )

domaines amorphes  M a , V a ,  r a) ( M 

 M c , V c ,  r c) ( M 

ρ : masse volumique du polymère en kg/m 3 ρ : masse volumique de la phase amorphe en kg/m3 ρca : masse volumique de la phase cristalline en kg/m3

Autres méthodes de mesure Analyse thermique différentielle différentielle (ATD) (ATD)

l’ensemble du polymère ( M,  M, V, V,  r )

Polymère PEHD PP (isotactique) PA 6 PA 6-6 PET

% cristallinité 80 65 35 70 50

PVC (atactique) POM PTFE

5 > 80 > 80

Diffraction des rayons X

37

 

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Cas : Semi cristallin

Arrangement spatial des chaines macromoléculaire macromoléculaire les cristallites sont formées de chaines ou des portions de chaines très ordonnés et dispersées dans une matrice aléatoire. les cristallites sont formées par des minces couches ou plaquettes de 10 à 20nm d’épaisseur et 10μm de longueur : modèle des chaines pliées.

Chaînes repliées ...

Ces plaquettes sont composées par des chaines moléculaires repliées sur elles mêmes et séparées par des structures

aléatoires (désordonnées) de chaines moléculaires.

38

 

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Cas : Semi cristallin

Arrangement spatial des chaines macromoléculaire macromoléculaire Certains polymères, comme le caoutchouc naturel, se cristallisent sous formes de sphérolites. Ces structures sont formées par des lamelles d’environ 10nm d’épaisseur épaisseur,, similaires au cas des chaines pliées, séparées par des structures amorphes et qui rayonnent du centre vers l’extérieur.

39  

Classement des polymères 

Selon l’ordre moléculaire

Polymères

Thermoplastiques Liaisons

faibles entre les chaines

Thermodurcissables  

Elastomères thermoplastiques thermoplastiques  Thermoplastiques

à haute déformabilité

Liaisons covalentes entres les chaines

Elastomères  

 Thermodurcissables

à haute déformabilité

40  

Classement des polymères Stéréorégularité Considérons le motif unitaire (dissymétrique) d ’un polymère vinylique :

L’atome de carbone (1) porte deux atomes atomes d’hydrogène et le groupement

présente donc un plan de symétrie. Par

contre, l’atome de carbone (2) porte quatre substituant substituant de nnature ature différente et ne possède, ddee ce fait, aucun élément de symétrie ; il est dit asymétrique.

On distingue Les enchaînements isotactiques : les groupes A sont tous situés du même coté du plan

les enchaînements syndiotactiques : les groupes A sont situés alternativement de part et d ’autre du plan

41  

Classement des polymères Stéréorégularité Exemples

Polypropylène isotactique

Poly(chlorure de vinyle) syndiotactique

En cas d’absence de régularité configurationnelle, le polymère est dit atactique

Remarques 

Les polymères à fort prédominance isotactiques ou syndiotactiques sont dits stéréoréguliers, ils peuvent généralement cristalliser.



Les polymères atactiques, leur structure est trop irrégulière pour donner lieu à une cristallisat cristallisation. ion.

42

 

Classement des polymères Linéaires

Homopolymères

Ramifiés Polymère

Linéaires

Copolymères

Diblocs Triblocs Multiblocs

Statistiques Alternés A bloc Greffés Ramifiés

Etoile Dendrimères

43  

Classement des polymères

Réticulés

Homopolymères Copolymères

Amorphes

Amorphes

Non-réticulés

Semi-cristallins

Le caractère cristallin est d’autant plus important que les ramifications et les réticulations sont peu nombreuses no mbreuses 44  

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères Degré de polymérisation (n) nombr bree moy moyen en des monomères dans la chaîne macromoléculaire d’un polymère (n). Il représente le nom La valeur de degré de polymérisation DP à une influence sur les propriétés du matériau

Masse molaire d’un monomère

  ෍  =

Exemple :

CH2=CH2

    2 + 4

Masse molaire d’une chaîne polymère (Masse macromoléculaire macromoléculaire)) Mchaîne = Σ Munité monomère

   x 

M : masse molaire d’une chaîne polymère possédant n monomères de masse



Exemple :

n = 10, 10, M0 = 1000 g/mol

  10x1000 10000g/mol

45

 

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères

Masse molaire des polymères Durant la polymérisation les macromolécules forment des chaînes dont la longueur et la masse molaire sont variables. C’est pourquoi on donne généralement la masse molaire moyenne.

 polymère isomoléculaire (masse unique) extrêmement rare

 polymère polymoléculaire (distribution de masses)

On définit Masse molaire moyenne en nombre



 

On obtient donc une distribution de masses moléculaires

Limites de cette moyenne :

      σσ



Le  donne autant d’importance aux chaines courtes qu ’aux longues chaines

 

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères

Masse molaire des polymères Masse molaire moyenne en poids

   σ         en nombre Degré de polymérisation σ moyen

ഥ > ഥ

 ∶ nombre moyen d’unités monomères par chaîne polymère  ∶

     

masse molaire du monomère

Degré de polymérisation moyen en poids





masse molaire du monomère

46

   

>1

  ∶

47

 

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères Indice de polymolécularité

 Ni

P Faible

P : traduit l’hétérogénéité de la longueur des chaînes polymères indique la largeur de la distribution des masses

-1

  

Mi (g.mol )

P = 1  polymère isomoléculaire  Ni

En pratique, I est toujours supérieur à 1.

P élevé

Mi (g.mol-1)

P est d’autant plus élevé que la dispersion en masse molaire est grande

48

 

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères Application 1 A partir des données du tableau suivant déterminer la masse molaire en nombre moyen en nombre  du PVC.



 et le degré de polymérisation

Données :  La masse molaire du carbone (C) est de 12.01g/mol, de l ’hydrogène (H) est de 1.01g/mol et celle du chlore (Cl) est de 35.45 g/mol. 

Composition chimique chimique du PVC:

La masse molaire en nombre

La masse molaire du monomère chlorure de vinyle

  σσ  

Le degré de polymérisation en nombre

    21150 62.5    338.4  

Paramètres caractérisant les longueurs des polymères Application 2 Vous sont présentées, dans le tableau suivant, les plages des masses molaires d ’un polymère soit les distributions en nombre (xi) et en masse (mi) des macromolécules de ce polymère en fonction de la masse moléculaire Mi des. Plage de masses molaires (g.mol-1) 15000-30000 30000-45000 45000-60000 60000-75000 75000-90000 90000-105000 105000-120000 120000-135000

xi 

mi 

0.04 0.07 0.16 0.26 0.24 0.12 0.08 0.03

0.01 0.04 0.11 0.24 0.27 0.16 0.12 0.05

 

a) Calculer la masse moléculaire moyenne en nombre  de ce polymère (en g mol-1).  b) Calculer la masse masse moléculaire m moyenne oyenne en poi poids ds  de ce polymère (en g mol-1). c) Que vaut l’indice de polymolécularité polymolécularité P de ce ppolymère olymère ?

49



d) Le degré moyen de polymérisation en nombre  de ce polymère vaut 707. Identifiez le monomère considéré dans l’exercice parmi les monomères suivants :

50

 

Etat physique des polymères Cas d’un polymère cristallin

Phase cristalline

Etat liquide

Etat solide rigide

Etat liquide

Tf : Température de fusion T

Tf  Cas d’un polymère amorphe

Polymère à l’état vitreux (amorphe)

Etat solide rigide

Etat caoutchoutique (ramollissement)

Etat caoutchoutique

Etat caoutchoutique (mou)

Etat(vitreux) solide rigide

T

Tg

Tg : Température de transition vitreuse 51

 

Etat physique des polymères Cas d’un polymère semi-cristallin

Deux caractéristiques Transition vitreuse Tg températures : mise en mouvement des zones amorphes Fusion Tf  : fusion des zones cristallines (zones fibreuses, sphérolites) Chaines longues

Etat solide rigide (vitreux)

Tg 

Etat liquide ou caoutchoutique

Etat solide souple

Tf 

Chaines courtes T

Etat vitre vitreux ux (T < Tg)

semb mbla labl blee au verr verree, et possèdent un module les les plas plasti tiqu ques es so sont nt  solides et rigides. Ils Ils ex exhhiben bent un com ompo port rteeme mennt  fragile , se d’élas élasticit ticitéé élevé élevé.. 

Etat >ques Tg) Dans Dans ce cettcaoutchoutique état état,, les les ma mati tièr ères es plas pl(T asti tiqu es sont sont ductiles et se co comp mpor orte tent nt de ma mani nièr èree an anal alog ogue ue au ca caou outc tcho houc uc.. 52  

Polymères (thermoplastiques)

Polyéthylène (PE) Polypropylène (PP) PVC rigide PVC souple Polystyrène (PS) Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) polychlorotrifluoroéthylène (PTFE) Acétals (POM) Polyamide Polyamide (PA6) (PA12) Polycarbonate (PC) Polysulfone (PSU)

 

Tg ( c ) -110 -10 75-150 -40 90 120 125 -50 °

55 55 150 190

Acétate de cellulose (CA) Propionate de cellulose (CP)

120 100

53

 

Influence de quelques facteurs sur la température de transition vitreuse Tout facteur qui facilite le déplacement des chaînes les unes par rapport aux autres abaisse la température de transition vitreuse Plusieurs paramètres peuvent affecter de transition vitreuse :

- Présen Présence ce de grou groupemen pementt latérau latérauxx volum volumineu ineuxx : ralenti ralentissen ssentt le mouv mouvemen ementt des macr macromol omolécule écules, s, ce qui augm augmente ente la température de transition vitreuse; - La pr prése ésence nce ddee do doubl ublee lia liaiso isonn ou ttrip riples les;; - La masse molaire des chaines macromoléculaires : plus la masse m molaire olaire moyen moyenne ne (ou la long longueur ueur moyen moyenne) ne) des chaines eest st élevée plus la température de transition vitreuse est élevée ; - Une rréti éticul culati ation on ccroi roissa ssante nte aaugm ugment entee Tg car les ponts covalents entre macromolécules s’opposent aux mouvements de longs segments de chaînes;

Le de degr gréé ddee rram amif ific icat atio ion; n; - La tacticité;

54

 

Détermination de la température de transition vitreuse v itreuse et de fusion Les températures de transition vitreuse et de fusion déterminent le procédé de fabrication des polymères et leurs traitements

deux températures peuvent êtreendéterminées le traçage de lCes ’évolution du volume spécifique fonction de par la température



La température de transition vitreuse est bien détectée pour les structures présentant une phase amorphe (totale ou partielle).



Cette température est détectable par un changement de la pente de la courbe en fonction de la température

55  

L’état amorphe A l’état amorphe, une chaîne se replie/ déploie dans l ’espace pour adopter une configuration de pelote statistique dans laquelle on ne distingue aucun ordre à grande échelle. Les pelotes correspondant à des chaînes voisines sont étroitement imbriquées et enchevêtrées. Cette absence d'ordre donne au polymère une structure de liquide « figé » dont les principales caractéristiques sont les suivantes : - Pas de po point int de fu fusion sion TF - Exis Existence tence d'u d'unn point de transition vitreuse Tg marquant le passage de l’état liquide/ caoutchoutique à l’état vitreux - Transparence dans le visible, le PS « cristal » ou le PVC « cristal » sont transparents parce qu'ils ne sont pas du tout cristallins - Coefficient de frottement élevé - De Dess faibles caractéristiques mécaniques - Baisse de caractéristiques mécaniques avec augmentation de la température.

56  

L’état cristallin L’état cristallin est caractérisé par l'existence d'un ordre à grande distance. On peut définir une maille cristalline qui se répète de façon périodiquecaractéristiques dans les trois directions de l'espace. Les principales de l'état cristallin, sont les suivantes : - Compacité supérieure à celle de la phase amorphe, les masses volumiques ρc (cristalline) et ρa (amorphe) sont telles que, généralement : 1,0 < ρc / ρa ≤ 1,15 - Exi Existe stence nce d’un point de fusion TF, absence de transition vitreuse - Rigidité supérieure à celle de la phase amorphe - Opaque - Faible coefficient de frottement - Maintient des caractéristiques mécaniques avec augmentation de la température.

57  

Propriétés mécaniques



 F S0



  l  l0 l0

: contrainte : allongement relatif 

 

58  

Propriétés mécaniques

F E 

 



S0 l  l0 l0

Module d’Young  

• homogène à une pression • exprimé en MPa

Plus le module d’Young est élevé, plus le matériau est rigide

59  

Propriétés mécaniques Les courbes de traction peuvent être de quatre types selon la nature du polymère considéré ou les paramètres d’essai (température, vitesse)

Courbe I : comportement dur et fragile (thermodurcissables) Courbe II : comportement ductile avec seuil d’écoulement (viscoélastique (viscoélastique avec seuil) (Un grand nombre de matières

thermoplastiques ) thermoplastiques Courbe III : Matériaux ductiles sans seuil d ’écoulement Courbe IV : Matériaux caoutchoutiq caoutchoutiques ues (élastomères )  

Propriétés mécaniques

Exemples

60

 

Influence de la température sur le module d ’Young Le passage le l’état solide vers l’état caoutchouteux ou inversement s’accompagne d’un changement remarquable des propriétés des matériaux polymères

Cas d’un polymère amorphe

La transition ne se fait pas brutalement mais sur une plage de température autour de Tg.  

Influence de la température sur le module d ’Young Cas d’un polymère semi-cristallin

62

63  

Influence de la température sur le module d ’Young Cas d’un polymère semi-cristallin Lors de la transition vitreuse vitreuse,, la chute du module est moins importante que pour un polymère amorphe amorphe.. Elle dépend du taux de cristallinité : plus celui-ci est important important,, moins la chute du module est importante importante..

64  

Influence de la température sur le module d ’Young Cas d’un polymère réticulé

Augmentation des réticulations

Le diagramme ne fait plus apparaître que la température température de transition vitreuse et le saut du module d ’Young

dépend de la quantité de réticulation. S’il y a peu de réticulations,  < , c’est un élastomère ; S’il y a beaucoup de réticulations,  > , le polymère est thermodurcissable thermodurcissable.. •

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Exemple du polyéthylènetéréphtalate (PET)

Le PET est un polymère constitué de macromolécul macromolécules es linéaires. Il présente une température de transition vitreuse et une température de fusion, c’est donc un polymère semi-cristallin. Ta < Tg donc le PET est dur à température ambiante, on peut le chauffer au dessus de sa Tg pour modifier sa forme et le mouler : il s’agit d’un thermoplastique.

Remarques  poly(méthacrylate de méthyle) : Tg = 100 °C

CD résistants à T ambiante