Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le vieillissement d’un matériau est caractérisé par une évolution lente et irréversible suite à la combinaison de sollicitations mécaniques, d’interactions avec son environnement et de sa propre instabilité. Cet article s’intéresse plus spécifiquement aux phénomènes de vieillissement physique des matériaux polymères. Deux mécanismes principaux sont en jeu, les processus de relaxation structurale non impactés par l’environnement et les processus d’absorption-désorption lorsque l’environnement contient une espèce miscible au polymère.
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Bruno FAYOLLE : Docteur - Maître de Conférences à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métier (ENSAM – Paris)
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Jacques VERDU : Docteur ès sciences - Professeur à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métier (ENSAM – Paris) Laboratoire Transformation et vieillissement des polymères
INTRODUCTION
On appelle vieillissement tout phénomène d’évolution lente et irréversible de la structure et/ou de la composition d’un matériau sous l’effet de son instabilité propre, de l’interaction avec l’environnement, de sollicitations mécaniques, ou de la combinaison de plusieurs de ces causes (on parlera alors de couplage). La rupture d’une éprouvette sous l’effet d’un choc, sa combustion, sa dissolution dans un solvant, sa dilatation sous l’effet d’une variation de température, sa radiolyse ou sa photolyse éclair sous l’effet d’une irradiation intense ne sont pas considérées ici comme des vieillissements, car il s’agit de phénomènes soit réversibles, soit rapides et donc qui ne posent pas de problème de prédiction de durée de vie.
Il peut être utile de distinguer vieillissement physique et vieillissement chimique. Dans le premier cas, il n’y a pas d’altération de la structure chimique des macromolécules, seule leur configuration spatiale ou la composition du matériau sont affectées. Dans le deuxième cas, il y a modification de la structure chimique des macromolécules. Les principaux cas de figure rencontrés dans la pratique peuvent être classifiés selon le tableau 1.
Cet article est consacré au vieillissement physique des polymères. Le vieillissement chimique fait l’objet de l’article de ce traité.
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Fissuration sous contrainte en milieu tensioactif4. Vieillissement par migration d’adjuvants
4.1 Mécanismes
Un échantillon de polymère contenant un additif est, en principe, hors équilibre puisque la pression de vapeur de cet additif dans l’environnement (sauf cas particulier de confinement) est nulle. L’additif a donc tendance à migrer dans l’environnement et au sein du matériau, c’est-à-dire à tendre vers une concentration négligeable dans les deux milieux.
Le processus est symétrique du processus d’absorption de solvant. Ce dernier peut être décrit comme la séquence de deux actes élémentaires : la dissolution à l’interface milieu-matériau et la diffusion. Dans le cas de la migration d’adjuvant, il y a d’abord départ des molécules proches de l’interface (passage dans l’environnement), puis diffusion du cœur vers la surface (dans la direction du gradient de concentration).
Comme précédemment, on pourra observer trois principaux modes de « vidage » des échantillons d’après la forme des profils de concentration (figure 14).
HAUT DE PAGE4.1.1 Traversée de l’interface
Le passage d’une molécule, présente dans la couche superficielle, dans l’environnement, peut résulter :
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de l’évaporation de l’adjuvant ;
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de son extraction par le milieu (liquide ou polymère) ;
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de sa consommation par des organismes vivants.
Le cas de l’évaporation a été étudié en particulier par Billingham . En faisant l’hypothèse que la volatilité de l’adjuvant est proportionnelle à sa pression de vapeur et que la loi de Raoult est valable à toute concentration, la vitesse de perte de masse par unité de surface est :
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Vieillissement par migration d’adjuvants
BIBLIOGRAPHIE
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