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MINES DE PARIS

-CENTRE DE MISE EN FORME DES MATERIAUX -UMR CNRS 7635

Comportement

mécanique des polymères

Noëlle BILLON

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Comportement mécanique des polymères

GénéralitésEffet de la température

a) Présentation b) Faibles déformation - Notion de transitions c) Autres caractéristiques

La viscoélasticité

Effet de vitesse et équivalence temps-température

Origine moléculaire

Effet de l"architecture des chaînes

Grande déformation - Plasticité

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En un motDiversité

Dans les types de comportement

Dans les paramètres influant

- Fragiles -Ductiles - Élastiques - Hyper élastiques - Visco élastiques - Durcissants - Adoucissants- Polymère - Formulation - Mise en oeuvre - Sollicitation - Environnement - ConditionnementComportement mécanique des polymères

Visco - élasticité, plasticité

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3 grandes classes macroscopiques

AllongementForce

Striction

Un exemple: la traction uniaxiale

Rigide - fragile

Ductile

Caoutchoutique

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Rigide fragile:

Les thermodurcissables très réticulés

Mais aussi

Tous les autres à hautes vitesses, hautes pressions et basses températures

Les chargés fibres ...

Ductile:

Thermoplastiques amorphes à vitesse et température intermédiaires

Thermoplastiques semi-cristallins

Caoutchoutique:Thermoplastiques amorphes et les élastomères à haute température ou basse vitesse

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Pour une condition donnée

on trouve "toujours" un polymère de chaque classe

Pour un polymère

on trouve "toujours" (ou presque) une condition qui le fait rentrer dans une classe ou une autre

Température

Pression

VitesseMode

- Formulation - Sollicitation- Environnement - Conditionnement - Mise en oeuvre

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Comportement mécanique des polymères

GénéralitésEffet de la température

a) Présentation b) Faibles déformation - Notion de transitions c) Autres caractéristiques

La viscoélasticité

Effet de vitesse et équivalence temps-température

Origine moléculaire

Effet de l"architecture des chaînes

Grande déformation - Plasticité

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2004006008001000

0 10 20 30 40 50

60

Displacement (mm)

Force (N)

90°C

70°C

110°C

130°C

135°C

20 mm40 mmVitesse constante

LubrificationRéversible !

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010203040506070

2 4 6 8 10Contrainte (MPa)

Taux d"élongation (L/L

0)23 °C 75 °C 85 °C 95 °C

Polyéthylène téréphtalate (PET)

amorphe, 0,01 s -1

050100150200

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Compression 10

-3 s-1

23 °C50 °C80 °C120 °CContrainte (MPa)

Déformation

Polycarbonate (PC) amorphe,

0,001 s

-1140 °C

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Comportement mécanique des polymères

GénéralitésEffet de la température

a) Présentationb) Faibles déformation - Notion de transitionsc) Autres caractéristiques

La viscoélasticité

Effet de vitesse et équivalence temps-température

Origine moléculaire

Effet de l"architecture des chaînes

Grande déformation - Plasticité

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Écoulement

Fluide

Polymères amorphes solides si on regarde les modules

Log(Module)

Vitreux

fragile

Température

Vitreux

ductile

Transition

vitreuse aaaa

Élastomère

Plusieurs décades

Caoutchoutique

Transition sous

vitreuse bbbb

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Module

Polymères thermoplastiques solides

Amorphe

Semi-cristallin

Caoutchoutique

Vitreux Ductile

Vitreux

Fragile

TempératureTransition vitreuse

Écoulement

Élastomère

Transition sur vitreuse

Fusion

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020406080100

0 0,5 1 1,5 2

Contrainte (MPa)

Déformation

25 °C

35 °C

50 °C65 °C

Le polypropylène (PP) semi cristallin. Tg = -20 °C, Transition à 40 - 60 °C. Fusion 160 °C

0,001 s-1

2 10 9 1 10 9

0 20 40

- 20 2 10 9 1 10 9

Température (°C)

2 10 9 1 10 9

0 20 40

- 20 2 10 9 1 10 9

Température (°C)

Module (Pa)

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-CENTRE DE MISE EN FORME DES MATERIAUX -UMR CNRS 7635 Comportement très dépendant de la température La position des transitions dépendent du polymère e.g. Tg: -20 (PP), 77 (PET), 105 (PS) 140 °C (PC) et de la vitesse Existence de transitions qui se traduisent par une évolution brutale Fragile - ductile, Vitreuse et d"autres sous ou sur vitreuse La plus importante est la transition vitreuse qui s"accompagne d"un changement profond du comportement

L"amplitude des transitions dépend du polymèree.g. la transition vitreuse n"affecte que l"amorpheMoins sensible pour un polymère semi cristallin

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Polymères thermoplastiques

Température

Transition vitreuse

Propriétés d"emploi

Mise en forme: extrusion, injection

Module

Amorphe

CaoutchoutiqueVitreux DuctileVitreux

Fragile

Fusion

Semi-cristallin

Mise en forme: thermoformage, soufflage

Développement de microstructure

Elastomère

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Du point de vue technologique il faut d"abord localiser les transitionsUn polymère semi cristallin peut être utilisé au dessus de sa transition vitreuseUn polymère amorphe ne peut pas être utilisé au dessus de sa transition vitreuse

Un polymère semi cristallin ne peut pas être mis en forme sur son plateau caoutchoutique (il faut entrer dans sa zone de fusion) Un polymère amorphe peut être transformé à l"état caoutchoutique Si on a besoin de cette grande élasticité il faut le réticuler Ce sont les élastomères : polymères amorphes réticulés au dessus de la transition vitreuse par définition

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Comportement mécanique des polymères

GénéralitésEffet de la température

a) Présentation b) Faibles déformation - Notion de transitionsc) Autres caractéristiques

La viscoélasticité

Effet de vitesse et équivalence temps-température

Origine moléculaire

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