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Polymères à l'état solide. PLAN GENERAL. Introduction générale État vitreux État cristallin État caoutchoutique. Élastomères. Ouvrages de référence. Initiation à la chimie et à la physico-chimie des polymères GFP Volumes 2, 8 (méthodes de caractérisation structurale), - PowerPoint PPT Presentation
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IUPAC
1Etat solide
Polymères à l'état solide
IUPAC
2Etat solide
PLAN GENERAL
1. Introduction générale
2. État vitreux
3. État cristallin
4. État caoutchoutique. Élastomères
IUPAC
3Etat solide
Ouvrages de référence
• Initiation à la chimie et à la physico-chimie des polymères GFP Volumes 2, 8 (méthodes de caractérisation structurale), 10 et 17
• Introduction to polymers R.J. Young P.A. Lovell Chapman & Hall
• Traité des matériaux Presses polytechniques et universitaires romandes Volumes 1 et 14
IUPAC
4Etat solide
Ouvrages de référence (suite)
• De la macromolécule au matériau polymère J. L Halary, F. Lauprêtre Belin
• Voyage au cœur de la matière plastique A. Boudet CNRS Éditions
• Physique des polymères tome I P. Combette, I. Ernoult Hermann Éditeurs
IUPAC
5Etat solide
Ouvrages de référence (suite)
• Introduction à la physique des polymères S. Etienne, L. David Dunod
• Introduction to Physical Polymer Science L.H. Sperling Wiley 2006
• Atlas of polymer morphology A. E. Woodward C. Hanser Publishers 1989
IUPAC
61. Introduction générale
1. Introduction générale
1.1. Matériaux
1.2. Considérations générales sur l'état solide
1.3. État caoutchoutique
1.4. Matériaux semicristallins
1.5. Systèmes mono / multiphasés
IUPAC
71. Introduction générale
1. Introduction générale
1.1. Matériaux
Définition : matériau matière→
Matériau = matière qui sert à fabriquer les objets utilesà l'humanité
+ fonction
IUPAC
81. Introduction générale
Remarque : ne pas confondre le matériau et l'outil
pierreoscorne
bois
cuirfibre végétale
IUPAC
91. Introduction générale
Surtout à l'état solide
Exceptions : • liquides dans les thermomètres
• cristaux liquides (afficheurs)
• gaz dans les tubes lumineux ("néon")
•
(liquide ou gaz pour mise en forme)
IUPAC
101. Introduction générale
1.2. Considérations générales sur l'état solide
TSolide Liquide
solidification
liquéfaction→
→
Phases condensées
(molécules au contact)
IUPAC
111. Introduction générale
Solide Liquide
Mobilité(échelle moléculaire)
faible(vibrations)
voisinage fixe
garde sa forme
élevée
renouvellementdu voisinage
coule
IUPAC
121. Introduction générale
Solide Liquide
Ordre(moléculaire)
Ordonné / désordonné (amorphe)
cristal verre
ordre à grande ordre local distance
ordre périodique
désordonné(ordre local)
IUPAC
131. Introduction générale
Fonctions de distribution radiale :
probabilité de trouver une molécule à la distance d
d
P(d)
0
1
dmd0
Gaz
IUPAC
141. Introduction générale
d
P(d)
0
1
a 2a 3a
Cristal
d
P(d)
0
1
a
Liquide ou verre
IUPAC
151. Introduction générale
CRISTAL :
Tcristal liquideTf
fusion
Tccristallisation
VERRE :
Tverre liquideTg
liquéfaction
vitrification
Transition vitreuse
IUPAC
161. Introduction générale
Comparaison cristal / verre
Cristal Verre
ordre désordre
anisotrope isotrope
densité cristal > densité verre
cohésion cristal > cohésion verre
IUPAC
171. Introduction générale
IUPAC
181. Introduction générale
IUPAC
191. Introduction générale
Ordre et désordre dans les polymères révélés pardiffraction des rayons X
Polymère (semi)cristallin Polymère amorphe
IUPAC
201. Introduction générale
Comparaison fusion - cristallisation / transition vitreuse
• Thermique :
Fusion → endothermique
Cristallisation → exothermique
Transition vitreuse → changement de capacité calorifique
• Volume : figure
• Température :
Fusion / Cristallisation : Tf / Tc → bien définie (0,1 °C)
Transition vitreuse : Tg → mal définie (5 °C)
IUPAC
211. Introduction générale
V
T
liquide
cristalverre
liquide surfondu
TcTgTg'
IUPAC
221. Introduction générale
Particularité des matériaux macromoléculaires
Tverre état caoutchoutique liquide vrai
Tgzone d'écoulement
État caoutchoutiquemobilité locale du liquide
absence d'écoulement
enchevêtrements
1.3. État caoutchoutique
IUPAC
231. Introduction générale
Solide vitreux
Liquide visqueux
État caoutchoutique
Transition vitreuse
zone d'écoulementT
MMe
IUPAC
241. Introduction générale
1.4. Matériaux semicristallins
cristal et verre cœxistent
T
cristal+ verre
cristal+ liquide liquide
Tg Tf
Tg < Tf
cohésion verre < cohésion cristal
Exemple : PE Tg = -100°C Tf = + 130°C
IUPAC
251. Introduction générale
Paramètre fondamental dans les matériaux semicristallins :
taux de cristallinité
défini en masse ou en volume
a une très forte influence sur les propriétés
Exemples : transparence, propriétés mécaniques
IUPAC
261. Introduction générale
100
200
300
PEHD
T
L
Allongement (%)
500 1000
Con
train
te (k
g/m
2 )
500 1000
100
200
PEBDT
L
IUPAC
271. Introduction générale
Gamme de variation de :
Sur l'ensemble des polymères : 0 < (%) < 100
toujours inférieur à 100 %
• Certains polymères ne peuvent pas cristalliser : = 0
transparents, ex. PMMA, PS, PC
• Certains polymères peuvent cristalliser :
dépend des conditions de cristallisation
refroidissement rapide faible
refroidissement lent élevé ex. PET
IUPAC
281. Introduction générale
1.5. Systèmes mono / multiphasés
• Matériaux polymères monophasés
• Matériaux polymères multiphasés
Polymère pur + additifs de formulation
homopolymère copolymère statistique
Systèmes composites
= matière plastique
polymère - polymère
polymère – phase minérale
IUPAC
291. Introduction générale
Remarque :
polymèreréticulé
non réticulé thermoplastique
thermodurci