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RÉSUMÉ
Dans la transformation des polymères en matières plastiques, la connaissance des relations entre la pression, le volume spécifique et la température, ou entre la pression, la masse volumique et la température est fondamentale. Cela est encore plus vrai dans le processus le plus couramment utilisé qu’est l'injection. En effet, lors du retrait, le polymère thermoplastique fondu se contracte et le volume occupé par la pièce solidifiée devient inférieur à celui de l'empreinte du moule. Cette contraction correspond à une organisation de la matière selon une structure semi-cristalline plus dense que la phase amorphe de l'état fondu. Par l’identification des paramètres critiques qui gouvernent l’injection plastique, les mesures de PvT permettent d'améliorer les paramètres des logiciels de simulation de ces phénomènes, et ainsi de les rendre mieux prévisibles.
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-
Bernard LE NEINDRE : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
-
Patrick CANCOUËT : Docteur ès sciences physiques, ingénieur chimiste - Directeur recherches et développement (ATOMER)
INTRODUCTION
La connaissance des relations entre la pression, le volume spécifique et la température (PvT) ou entre la pression, la masse volumique (l'inverse du volume spécifique) et la température (P,
, T) des polymères est fondamentale pour la transformation des polymères en matières plastiques, notamment dans le processus le plus couramment utilisé : l'injection. En effet, lors de l'injection, une empreinte est remplie de polymère thermoplastique fondu. La pièce se contracte lors du refroidissement et le volume occupé par la pièce solidifiée est inférieur à celui de l'empreinte du moule (phénomène communément appelé retrait). Cette contraction correspond à une organisation de la matière selon une structure semi-cristalline plus dense que la phase amorphe de l'état fondu. Dans la phase cristalline, les segments de chaînes s'assemblent de façon ordonnée et compacte. En outre, au cours du refroidissement, des défauts apparaissent ; certains sont des défauts d'aspect ou retassures, d'autres des défauts géométriques ou gauchissement. Les mesures de PvT permettent d'identifier les paramètres critiques qui commandent l'injection plastique et d'améliorer les paramètres des logiciels de simulation de ces phénomènes en rendant ces derniers mieux prévisibles.
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4. Détermination de grandeurs caractéristiques
En partant de l'état fondu où le polymère est amorphe, et en fonction de la vitesse de refroidissement, le polymère peut prendre deux états différents :
-
un état semi-cristallin si le refroidissement est lent ; pour cet état, on définit un taux de cristallinité ;
-
si le refroidissement est rapide, le polymère reste dans un état amorphe et peut atteindre l'état vitreux , qui est également un état amorphe, sans passer par la phase de solidification. Il est alors possible de représenter la variation des masses volumiques du polymère amorphe en fonction de la température et de la pression par une seule équation dans tout le domaine expérimental.
L'analyse thermique différentielle (ATD) a certains avantages par rapport aux techniques PvT. Elle permet, en particulier, de travailler sur de petits échantillons et est bien adaptée pour mesurer les taux de cristallinité et la dépendance en pression des points de fusion. Néanmoins, des taux de cristallinité peuvent aussi être estimés à partir des données de PvT.
4.1 Taux de cristallinité
Le caractère partiellement cristallin des polymères est défini par le taux de cristallinité. Il correspond à la fraction massique d'unités structurales présentes dans la zone cristalline. La fraction volumique de cristallites est le rapport entre le volume de la phase cristalline V c et le volume du polymère V.
Le taux de cristallinité en volume s'exprime en fonction des volumes spécifiques et est donné par :
avec :
- v :
- = va – vc ,
...
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BIBLIOGRAPHIE
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ANNEXES
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