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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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Vieillissement par absorption de solvants2. Vieillissement par relaxation structurale (au sens large)
Lorsqu’un matériau plastique est refroidi, au terme de ses opérations de mise en forme, la mobilité moléculaire diminue de plusieurs ordres de grandeur lors de la cristallisation ou de la vitrification. Les changements de configuration du réseau macromoléculaire nécessaires pour atteindre l’équilibre thermodynamique deviennent alors trop lents pour que cet équilibre puisse être atteint dans l’échelle de temps imposée par la vitesse de refroidissement. Le matériau se fige alors dans un état métastable que l’on peut schématiser par la figure 1.
À la température d’utilisation Tu, le matériau se trouve donc hors de l’équilibre. S’il est le siège d’une certaine mobilité résiduelle, celle-ci va lui permettre d’évoluer lentement vers l’équilibre (représenté par la droite Δ sur la figure 1). C’est ce phénomène d’évolution, représenté par le vecteur
sur la figure 1 que nous appellerons vieillissement par relaxation structurale. On en connaît au moins trois variantes :
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la relaxation d’orientation lorsque le matériau a été figé à l’état orienté, les conséquences principales étant d’ordre dimensionnel (retraits anisotropes) ;
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la « post-cristallisation », lorsque le matériau a été figé avant que sa cristallisation ne soit complète, les conséquences étant d’ordre dimensionnel (retrait) et éventuellement mécanique (augmentation de module et de contrainte au seuil) ;
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la relaxation structurale isotrope, commune à tous les verres. Ce dernier phénomène, découvert par Kovacs et popularisé par Struik ...
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Vieillissement par relaxation structurale (au sens large)
BIBLIOGRAPHIE
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