Etude par microscopie à force atomique de la morphologie de la surface de polymères semi-cristallins déformés : le polypropylène isotactique

A study by atomic force microscopy of surface morphology of deformed semi-crystalline polymers : isotactic polypropylène

• Auteur / Autrice : Gilles Castelein
• Direction : Ghislaine Coulon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie à force atomique

Polypropylène

Déformations (mécanique)

Polymères cristallins

Résumé

La microscopie à force atomique en mode tapping a été utilisée pour étudier la morphologie cristalline du polypropylène isotactique intrude non déforme puis déforme plastiquement par cisaillement simple. Deux types de sphérolites sont présents dans le matériau, respectivement alpha un (structure monoclinique) et bêta quatre (hexagonale). Le mode tapping a permis d'imager l'arrangement lamellaire dans les sphérolites (résolution 20 nm). Les sphérolites bêta sont constitués de lamelles radiales issues d'un cur reminiscent de l'axialité initial. Les sphérolites alpha sont formés d'un treillis de lamelles radiales et tangentielles. Leur développement est initié par la formation de quadrites. Les structures observées sont similaires à celles identifiées dans des films cristallisés à 130 °C. L'observation des surfaces d'échantillons déformés n'a pas révélé de cisaillement dans les lamelles. Quel que soit le taux de cisaillement (0,5 ou 1,0), on perd de la résolution dans les sphérolites alpha (forte rugosité).

Le treillis est inchangé après déformation à un taux de 0,5. Pour un taux de 1,0, les lamelles se fragmentent dans les directions d'allongement et de cisaillement appliqué. Ces structures accommodent la déformation par des mécanismes d'endommagement. La déformation des sphérolites bêta est plus facile. Les lamelles se fragmentent, sporadiquement dans la direction du cisaillement appliqué, de manière coopérative selon la direction d'allongement. Dans la direction de compression, elles sont soumises à des processus de pliage, coopératifs à taux élevé (1,0). L'interprétation des mécanismes est compliquée par trois paramètres : l'attaque acide effectuée pour révéler les morphologies, les hétérogénéités locales d'orientations lamellaires et la présence de deux formes sphérolitiques très différentes. Cette étude exploratoire montre la pertinence de la microscopie à force atomique en mode tapping pour l'observation de surfaces de matériaux polymères non modèles, jusqu'ici peu étudiés