Polymères à l'état solide
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IUPAC
1Etat solide
Polymères à l'état solide
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2Etat solide
PLAN GENERAL
1. Introduction générale
2. État vitreux
3. État cristallin
4. État caoutchoutique. Élastomères
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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
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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
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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
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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
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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
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IUPAC
81. Introduction générale
Remarque : ne pas confondre le matériau et l'outil
pierreoscorne
bois
cuirfibre végétale
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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)
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101. Introduction générale
1.2. Considérations générales sur l'état solide
TSolide Liquide
solidification
liquéfaction→
→
Phases condensées
(molécules au contact)
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111. Introduction générale
Solide Liquide
Mobilité(échelle moléculaire)
faible(vibrations)
voisinage fixe
garde sa forme
élevée
renouvellementdu voisinage
coule
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121. Introduction générale
Solide Liquide
Ordre(moléculaire)
Ordonné / désordonné (amorphe)
cristal verre
ordre à grande ordre local distance
ordre périodique
désordonné(ordre local)
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131. Introduction générale
Fonctions de distribution radiale :
probabilité de trouver une molécule à la distance d
d
P(d)
0
1
dmd0
Gaz
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141. Introduction générale
d
P(d)
0
1
a 2a 3a
Cristal
d
P(d)
0
1
a
Liquide ou verre
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151. Introduction générale
CRISTAL :
Tcristal liquideTf
fusion
Tccristallisation
VERRE :
Tverre liquideTg
liquéfaction
vitrification
Transition vitreuse
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161. Introduction générale
Comparaison cristal / verre
Cristal Verre
ordre désordre
anisotrope isotrope
densité cristal > densité verre
cohésion cristal > cohésion verre
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171. Introduction générale
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181. Introduction générale
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191. Introduction générale
Ordre et désordre dans les polymères révélés pardiffraction des rayons X
Polymère (semi)cristallin Polymère amorphe
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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)
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211. Introduction générale
V
T
liquide
cristalverre
liquide surfondu
TcTgTg'
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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
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231. Introduction générale
Solide vitreux
Liquide visqueux
État caoutchoutique
Transition vitreuse
zone d'écoulementT
MMe
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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
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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
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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
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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
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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
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291. Introduction générale
Remarque :
polymèreréticulé
non réticulé thermoplastique
thermodurci