Viscoélasticité linéaire des polymères fondus

L’accroissement de l’utilisation des matières plastiques dans des applications de haute technicité requiert une connaissance approfondie des procédés de fabrication de ces objets et une meilleure adéquation des matériaux aux techniques de transformation. Cette démarche d’optimisation, voire de sélection, d’un matériau corrélativement à un procédé invite à considérer la facilité de transformation comme une propriété à part entière des matériaux. Dans le cas des polymères, mis en œuvre dans un état malléable obtenu par élévation de la température (polymère thermoplastique) ou à partir d’un état liquide avant polymérisation (polymère thermodurcissable), cette propriété est caractérisée par le comportement rhéologique à l’état fondu ou liquide . Si le traitement des problèmes peut être réalisé dans bien des cas en considérant le polymère fondu comme un fluide visqueux, la compréhension d’un certain nombre de phénomènes relève du domaine de la viscoélasticité .

Le terme de viscoélasticité sera défini comme caractérisant un comportement mécanique particulier intermédiaire entre le comportement d’un solide idéal dit hookéen et celui d’un liquide idéal dit newtonien. On verra dans cet article que cela revient à considérer que les propriétés mécaniques observées sont, de façon générale, dépendantes du temps (ou de quantités dérivées) et de la température. Cette spécificité conduit à observer pour les polymères, dans des conditions de température où le matériau est couramment qualifié de fondu, un certain nombre de phénomènes typiques du comportement des matériaux hautement élastiques.

Les notions et les méthodes développées dans ce texte traitent plus particulièrement du comportement viscoélastique linéaire des polymères fondus en cisaillement , caractéristique fondamentale du comportement rhéologique particulier de ces matériaux. Elles sont, en tout état de cause, limitées au cas où la relation entre contrainte et déformation est linéaire : un doublement de la déformation entraîne un doublement de la contrainte. Cela revient à considérer que les modules observés, rapports de la contrainte à la déformation, ne sont pas fonction de l’amplitude de celle-ci. Cette condition est très limitative, le formalisme et les concepts développés en viscoélasticité linéaire ne pouvant être appliqués que dans le cas des faibles déformations ne dépassant pas quelques pourcents. Par ailleurs, pour les fluides, les écoulements de cisaillement bien contrôlés sont plus faciles à mettre en oeuvre et les fonctions rhéologiques décrites dans cet article sont celles obtenues dans une cinématique de cisaillement simple, les notations sont celles classiquement utilisées dans...