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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 des articles , et de ce traité.
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5. Fissuration sous contrainte en milieu tensioactif
Ce phénomène n’a été observé à notre connaissance que dans le cas du polyéthylène ; on peut facilement le mettre en évidence grâce à l’expérience schématisée sur la figure 21.
Après un temps dépendant des conditions expérimentales, mais considérablement plus court que dans le cas d’une exposition à l’air, on observe une fissure dans la zone la plus sollicitée (partie convexe). La durée de vie peut être définie de façon conventionnelle comme étant le temps au bout duquel 50 % des éprouvettes (identiques, exposées dans des conditions identiques) se sont rompues.
Ce phénomène est longtemps resté inexpliqué car il était très tôt apparu qu’il n’y avait pas pénétration du liquide dans le polymère et que l’on n’était donc pas dans le cas d’une absorption de solvants.
Une recherche très soutenue sur ce thème dans les années 19601970 a permis d’établir que la durée de vie est une fonction décroissante :
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de la contrainte appliquée ;
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de l’intensité des forces de tension superficielle développées à l’interface liquide-solide ;
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de la température ;
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de la viscosité du liquide aux contraintes élevées.
En définitive, il s’agirait d’un phénomène purement superficiel, lié aux tensions interfaciales PE-liquide, mais dont la cinétique serait éventuellement compliquée par des effets dynamiques liés à la pénétration du liquide dans les fissures à une vitesse dépendant de sa viscosité .
Signalons une caractéristique importante de ce phénomène : il est très fortement influencé par la distribution des masses moléculaires du polymère et il est en particulier aggravé par la présence de courtes chaînes ne participant pas aux enchevêtrements. Plusieurs auteurs ont observé une corrélation négative entre la durée de vie et le taux de substances extractibles par un solvant tel que le chloroforme....
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BIBLIOGRAPHIE
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