Étude et analyse des surfaces de polymères solides - Propriétés physicochimiques

Les propriétés de surface d’un matériau ont toujours une grande importance tant sur le plan scientifique que sur le plan des applications pratiques. Sur le plan thermodynamique, la surface possède une énergie libre en excès γ qui conditionne sa réactivité chimique superficielle et le succès d’une opération d’assemblage par collage par exemple. L’aspect esthétique du produit fini influence souvent sa valeur marchande. La surface est le lieu de phénomènes produisant des évolutions majeures du matériau et conditionnant sa durée de vie : formation de fissures par fatigue thermomécanique, dégradation par corrosion, interactions mécaniques avec un autre matériau solide responsable de la formation de rayures, du décollement d’un film, du frottement et de son usure... Les propriétés du matériau découlent de son histoire (élaboration et mise en forme) et elles sont très souvent significativement différentes en volume et en extrême surface. La mesure des propriétés d’extrême surface est donc à la fois un problème important et difficile, nécessitant le plus souvent des techniques spécifiques. Ces problèmes sont particulièrement notables pour les polymères, matériaux peu denses et aux molécules relativement mobiles à température ambiante, donc plus sensibles à l’environnement (température, gaz, humidité, liquide) que la plupart des alliages métalliques courants. Par ailleurs, on utilise de plus en plus des revêtements polymères pour maîtriser l’aspect esthétique des pièces dans les industries mécaniques, automobiles, optiques, agro-alimentaires….

Cet article complète l’article [AM3279] consacré aux propriétés mécaniques et tribologiques. Le procédé de mise en forme induit naturellement une hétérogénéité d’organisation moléculaire dans l’épaisseur des pièces. De ce fait, les surfaces de polymère ont une organisation spécifique qui se conjugue avec la présence d’une surface libre. L’aspect dynamique des surfaces de polymères présentent une mobilité moléculaire différente de celle du volume. L’organisation superficielle, dépendant du procédé de mise en forme, a des conséquences sur les propriétés optiques ainsi que sur la réactivité au vieillissement, aux traitements de surface et à l’adhérence des surfaces.