MISE EN ŒUVRE DES POLYMERES




A. Tcharkhtchi



ENSAM 26/09/2019
 Sommaire


1 – Généralités

2 – Procédés non-réactifs

3 – Procédés réactifs

4 – Techniques de mise en œuvre des polymères

5 – Techniques de mise en œuvre des composites
 Généralités


• Le procédé de transformation des polymères est, en général, une
opération mécanique sur la matière ramollie, fondu ou liquide.

• Lors du procédé de mise en œuvre, on peut distinguer les étapes
suivantes :
- Transformation du matériau de l’état solide à l’état fondu ou liquide.
- Ecoulement du matériau pour obtenir une forme géométrique.
- Maintien en forme afin d’obtenir la pièce finie.

• Si le polymère est un thermoplastique, on refroidi le polymère au
cours de cette 3ème étape pour le solidifier.

• Pour les systèmes réactifs (thermodurcissabls, les élastomères,…), la
solidification est à cause de la réaction chimique au cours de cette
dernière étape .
 Procédés non-réactifs


Il s’agit d’un procédé sans modification chimique du matériau.

Le matériau est transformé en pièce, seulement par changement d’état
physique.


chauffage refroidissement
Solide Fondu Solide


C’est le cas de transformation des thermoplastiques : PE, PP, PVC, PC,.
 Procédés réactifs
• Lors de ce procédé, le polymère se forme grâce aux réactions chimiques
entre les composants.

réactions chimiques
Liquide Solide

ou

chauffage réactions chimiques
Solide liquide Solide


• C’est le cas de transformation des thermodurs et élastomères ou la
modification chimique de certains thermoplastiques
La fabrication des mousses de polymères par les agents chimiques
moussants peut être considérée dans cette catégorie de procédé.
 PHYSICAL
Etats STATES
physiques des polymères
Polymères semi-cristallines
T I : Phase amorphe à l’état
vitreux
I II III IV V
II : zone de transition vitreuse

III : Phase amorphe à l’état
Polymères Amorphes (linéaires) T caoutchoutique

IV : zone de fusion de la phase
I II État caoutchoutique /état liquide visqueux
cristalline

V : état fondu (liquide visqueux

Thermodurcissables et élastomères (réticulés) T



I II État caoutchoutique
 Morphologies des polymères
(Morphologie amoprphe)
C’est l’état désordonné des chaînes macromoléculaires dans la structure
de polymère.




Exemples des polymères amorphes :
* Polymères amorphes (exemples : PVC,PS, PC, PMMA, …)


Tg : température de transition vitreuse
 Morphologies des polymères
(Morphologie cristalline)
L’état cristallin est caractérisé par l’existence d’un ordre à grande
distance. Les chaînes sont présentes dans la structure de polymère
de façon ordonnée et compacte.



Exemples : PE, PP, PA, PET,…




Tf : point de fusion
Tc : température de cristallisation
 Module d’élasticité


Module :
- Résistance à la déformation
- Rigidité
- Force d’adhésion entre les
molécules


Module d’Young E
Loi d’HOOKE :
Module de cisaillement G
σ  E. ε
Module de compression K

G E K E 3G
2 1  ν 3 1 - 2ν E
1  G/3K
F

F = k.x

x
 Propriétés mécaniques de quelques matériaux
(à température ambiante)

Matériau E sy sm e
GPa MPa MPa %

Matériaux métalliques
Aciers (non traités) 200 220 400 15-30

Aciers inoxydables 190-200 170-1600 460-1700 10-50
Fontes grises 90-150 220-600 400-1000 0-15
Al et alliages 70 - 80 40-620 200-700 5-50
Matériaux minéraux
Alumine 390 5000 5000 0

Carbone diamant 1050 5000 5000 0
Carbure de silicium 410-450 2000-10000 2000-10000 0
 Propriétés mécaniques de quelques matériaux
(à température ambiante)
Matériau E sy sm e
GPa MPa MPa %

Polymères
Polypropylène 0,9 – 1,7 20 - 35 35 - 700 60 -100

PMMA 3,4 60 - 110 60 - 110 2 - 10
PVC 2,4 - 3 40 - 50 40 - 60 12 - 80

Résine époxyde (EP) 3 30 - 100 30 - 120 2 - 10

Matériaux composites

Béton 30 - 50 20 - 30 50 0

EP + fibres de verre 35 - 48 100 - 1200 100 - 1200 2-3
EP +fibres de carbone 70 - 200 650 - 1000 650 - 1100 1-2
 Viscosité

• Résistance à l’écoulement et à la déformation
• A l’état solide, la viscosité désigne la résistance du matériau à la
déformation visqueuse ou plastique sous une sollicitation mécanique.
• A l’état fondu, la viscosité démontre la résistance du matériau à
l’écoulement sur une surface.


Expérience de Fluage : Suivre la variation de la déformation en fonction du temps
après l’application instantanée d’une contrainte constante.

 stress) g strain) dg o
slope  g  
dt 

o o
g ts

to=0 ts time to=0 ts time
 VISCOSITE NEWTONIENNE

La viscosité est newtonienne lorsqu’elle est indépendante du gradient de
vitesse.
de
Les fluides newtoniens obéissent à la loi de Newton : s  .
dt

C’est le cas des gaz, des vapeurs, des liquides purs de masse molaire
faible.

s


Pente = 




de/dt
 Viscosité

La constante de proportionnalité entre  et g
est la viscosité

 La loi de Newton de la viscosité :

g d
   g
dy

Fluides Newtoniens : Lorsque la contrainte de cisaillement varie
d’une façon linéaire avec la vitesse de cisaillement.
La viscosité d’un fluide mesure sa résistance à l’écoulement sous
l’effet d’une contrainte appliquée.
 VISCOSITE NON-NEWTONIENNE


Cette viscosité dépend du gradient de vitesse. C’est le cas des polymères
fondus, des purées, des gels, des boues,…

L’étude de ces fluides, relève de la rhéologie : fluides pseudo plastiques,
rhéoplastiques,…
 Notion de viscoélasticité

•Les liquides visqueux se déforment d’une
façon continue sous l’effet d’une contrainte Fluide visqueux
appliquée – comportement visqueux.

•Les solides se déforment aussi sous l’effet
Fluide Viscoélastique
d’une contrainte appliquée, mais l’équilibre
est rapidement atteint après lequel il n’y a
plus de déformation – Ils récupèrent leur
forme initiale lorsque la contrainte Solide Viscoélastique
s’annule- comportement élastique.

•Le matériaux viscoélastiques montrent à
Solide élastique
la fois les deux comportement visqueux et
élastique selon les conditions appliquées.

 Les Polymères ont un comportement VISCOELASTIQUE.
 Introduction

La rhéologie (du grec rheo, couler et logos, étude) est la science de la
déformation et d’écoulement des matériaux sous l'effet d'un...