Proprietes physiques et mecaniques du polyethylene pour application tube en relation avec l'architecture moleculaire

par Laura Hubert

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Sous la direction de Roland Séguéla et de Laurent David.


  • Résumé

    Le polyéthylène(PE) est un polymère thermoplastique semi-cristallin utilisé dans le domaine de la distribution des fluides. Les PE actuellement destinés aux applications «tubes» permettent d'entrevoir des durées de vie en service d'environ 50 ans sous une contrainte circonférentielle de 10MPa. Ces matériaux présentent une transition ductile-fragile dont dépend la durée de vie des tubes. La rupture fragile résultant de la propagation lente de fissures est conditionnée par la résistance des fibrilles en fond de fissures. Dans un effort de recherche de matériaux plus performants, un pas a été franchi avec la synthèse de PE possédant une distribution bimodale des masses molaires et la présence des motifs comonomères dans les chaînes les plus longues. Notre travail a été entrepris dans l'optique d'apporter des réponses quant aux origines exactes des excellentes propriétés d'usage de ces nouveaux PE. Pour ce faire nous avons réalisé une étude fine de 1' architecture moléculaire de cinq matériaux de durabilité différente par fractionnement TREF, suivi d'analyses chromatographique, infrarouge et thermique. Nous avons étudié la morphologie par diffusion des rayons X aux petits angles. La cinétique de cristallisation nous a permis de sonder la topologie moléculaire. Sur le plan mécanique, le fluage à court terme s'est avéré capable de discriminer parfaitement les matériaux dont les propriétés physiques usuelles sont par ailleurs très proches. Nous avons pu interpréter ces résultats sur la base des caractéristiques moléculaires qui gouvernent pour une grande part la croissance cristalline et la topologie moléculaire. C'est en effet cette dernière qui contrôle la formation des molécules de liaisons intercristallines sur lesquelles reposent 1' essentiel des propriétés mécaniques à long terme. Le fluage c'est avéré être un excellent test d'évaluation à court terme du comportement à long terme.

  • Titre traduit

    = Physical and mechanical properties of polyethylene for pipes in relation to molecular architecture


  • Résumé

    Polyethylene (PE) is a semi-crystalline thermoplastic polymer that is largely used for fluid distribution networks. PE potential life time for tube applications is presently of 50 years for a hoop stress of 10 MPa. The determining factor of pipe life-time of these materials is the occurrence of a ductile-brittle transition. Brittle rupture occurs through a slow crack growth process that is governed by the breaking of craze fibrils formed at the propagating crack tip. The synthesis of bimodal molar weight distribution PE with preferred incorporation of co-units in the long chains has been a turning point in the search of more performing materials. This work has been carried out in the aim of understanding the origin of the particularly high performances of these new PE class. A fine characterisation of the molecular architecture of five ethylene/a-olefin copolymers has, been carried out by TREF fractionation, followed by size exclusion chromatography, infrared spectroscopy and thermal analysis of the fractions. Morphology has been investigated by small-angle X-ray scattering. Crystallisation kinetics provided us an insight into molecular topology. On a mechanical standpoint, creep proved to be an appropriate test for discriminating the copolymers that otherwise displays very close physical properties. The data have been interpreted with regard to the molecular characteristics that govern crystal growth and molecular topology. This latter is indeed the leading parameter for the buildup of inter crystalline tie molecules that mainly determines the long term mechanical properties. Creep finally turned out to. Be an excellent test for short term evaluation of long term behaviour.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (143 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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