Matériaux Polymères - séance 2

Définir l’état cristallin

Ordre à grande distance, absence de mobilité, peu de vide

Définir l’état amorphe

État thermodynamiquement instable, absence d’ordre à grande distance (lorsque liquide), absence de mobilité des élément (lorsque solide)

Conditions de la cristallisation

Si la thermodynamique le permet: si en cristallisant, le matériau abaisse son énergie

Si la vitesse de refroidissement n’est pas trop rapide: les molécules doivent être assez mobiles pour se ranger de façon ordonnée (la plupart des polymères aux molécules rigides et peu mobiles ne cristalliseront jamais peu importe la vitesse de refroidissement)

Si la température est plus élevée que celle de transition vitreuse, mais plus basse que celle de fusion

Quelles sont les étapes de cristallisation (0 à 4)

0: Lorsqu’un polymère cristallisable est refroidie sous sa température de fusion, la cristallisation commence à partir de germe.

1: Les chaines se désenchevêtrent et s’attachent au germe pour former des sphérolites.

2: Les surfaces des sphérolites sont petites, il y a donc peu d’espace disponible pour que les chaines de polymère s’y rattachent.

3: Avec le grandissement des sphérolites, la surface disponible augmente et la vitesse de cristallisation augmente aussi.

4: La croissance s’arrête lorsque les sphérolites entrent en contact les unes avec les autres.

Quand est-ce que la vitesse de cristallisation est maximale?

Lorsque la température est à mi-chemin entre la température de fusion et de transition vitreuse (et nulle si T > Tf ou T< Tg)

Quel est l’arrangement des polymères semi-cristallins?

Isotactique (même côté)

Syndiotactique (en alternance)

Atactique (aléatoire / pas cristallisable)

Qu’est-ce qu’un polymère semi-cristallin?

Qui ne cristallise pas à 100% (peu de chance que toutes les chaines puissent s’aligner lors du refroidissement)

Une chaine peut participer à plus d’un cristal, ce qui entraine une réduction de la cristallinité

Quels sont les 4 états d’un polymère semi-cristallin

0-1: à T < Tg le polymère consiste en une phase cristalline dispersée dans une phase amorphe

1-2: autour de la Tg, le polymère consiste en une phase cristalline dispersée dans une matrice caoutchouteuse

2-3: entre Tg et Tf, le module de relaxation diminue légèrement, le polymère consiste toujours en une phase cristalline dispersée dans une matrice caoutchouteuse

3-4: après Tf, le polymère est entièrement à la phase liquide

Quels sont les comportement mécanique d’un polymère amorphe selon sa température

0-1: état vitreux, une déformation entraine l’augmentation de la distance entre les atomes

1-2: réduction du module de relaxation pour Tg

2-3: plateau caoutchouteux, le mouvement de longues sections de chaines est possible

3-4: transition caoutchouc-liquide

4-5: état liquide

Quel est l’effet de la masse moléculaire sur la Tf

Une augmentation de la masse moléculaire décale l’apparition de la phase liquide à une température plus haute (pour une masse moléculaire infinie, il n’y aurait pas de Tf)

Qu’arrive-t’il lorsqu’on étire un élastique

Sa rigidité augmente, les chaines s’alignent dans la direction de l’étirage et il est alors plus facile de les faire cristalliser.

(de même façon, des fibres de polymères forcées à travers un orifice auront tendance à s’aligner)

Quels sont les types de stabilisants et leur utilité (additif)

Permettent de retarder ou supprimer les phénomènes contribuant à altérer la structure. (3)

Anti-oxygenes: retardent l’oxydation thermique qui dégrade les propriétés mécanique du polymère.

Stabilisant thermique: retarder le dégagement d’acide chlorhydrique

Stabilisant vis-à-vis la lumière: pigments organiques (particulièrement le noir de carbone) qui absorbent le rayonnement ultra violet (UV)

Définir les colorants et les pigments (additif)

Colorants: Obtenir des produits transparents en ajoutant des produits organiques

Pigments: Obtenir des produits opaques en ajoutant des particules dispersées

Définir ce qu’est le plastifiant (additif)

Un solvant lourd ajouté à un polymère rigide qui diminue l’interaction entre les chaines (les molécules du solvant s’insèrent entre les macromolécules de polymères)

L’augmentation du pourcentage de cet additif cause une réduction importante de la rigidité. Diminue aussi le Tg

Qu’est-ce que l’antichoc (additif)

Améliore la résistance aux chocs du polymère (il s’agit généralement d’un autre polymère à l’état caoutchouteux).

Mécanisme de craquelage autour de nodules de caoutchouc dispersés dans une matrice vitreuse.

Qu’est-ce qu’un ignifugeant (additif)

Rend plus difficile l’amorçage ou la propagation de la combustion d’un polymère. Soit il évite l’oxydation du polymère (dérivé halogéné) ou il est un refroidisseur (hydrate) provoquant une réaction endothermique ce qui retarde le feu

qu’est-ce qu’un agent de germination (additif)

Facilite et accélère la cristallisation dans les polymères semi-cristallins (diminue la température de cristallisation et obtient des cristaux plus petits ce qui augmente les propriétés mécaniques et optiques)

Qu’est-ce qu’un anti-retrait (additif)

Compense la diminution de volume de certains polymères lors du refroidissement

Qu’est-ce qu’un agent de réticulation (additif)

Favorise l’obtention de structure tridimensionnelle, durci les résines liquides, stabilise la structure

qu’est-ce qu’un agent gonflant (additif)

Diminue la densité, le coût, permet d’obtenir une structure cellulaire, augmente la rigidité pas unité de masse et la protection (absorption d’énergie)

Sous forme liquide, se dissous et s’évapore, formant des bulles dans le produit

Sous forme gazeuse, s’introduit dans la masse et forme des bulles dans le produit