Apports de la modélisation mécanique à l'étude de matériaux polymères multiphases

= Use of mechanical modelling to study multiphase polymer materials

• Auteur / Autrice : Didier Colombini
• Direction : Gérard Merle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoélasticité

Thermodurcissables

Thermoplastiques

Résumé

Cette thèse traite de l'étude des propriétés viscoélastiques de mélanges binaires et ternaire de polymères thermodurcis (TD) et thermoplastiques (TP). Elle est essentiellement destinée à apporter aux physico-chimistes quelques ''outils'', issus de la modélisation mécanique, permettant d'accroître la potentialité des données viscoélastiques à révéler des informations relatives aux propriétés globales du matériau analysé. L'étude du comportement viscoélastique des mélanges binaires TD / TP, couplée à l'utilisation du modèle mécanique auto-cohérent à (2+1) phases de Christensen et Lo, a mis en lumière les effets de couplage mécanique impliquant chacun des constituants polymères des mélanges. En particulier, les résultats montrent que l'intensité de cette contribution peut aller jusqu'à masquer les modifications microstructurales réelles du réseau TD en présence du TP. Par la suite, une représentation des données viscoélastiques (expérimentales et théoriques) permettant d'appréhender la morphologie de ces mélanges a été proposée. L'analyse du comportement viscoélastique d'un mélange ternaire TD / TP a mis en évidence la présence d'une relaxation additionnelle, attribuée à l'interphase générée in situ (conséquence de la compatibilisation du mélange par un agent réactif), dont les caractéristiques viscoélastiques sont influencées par l'histoire thermique des échantillons. Cette étude expérimentale a été complétée par l'utilisation du modèle mécanique à (n+1) phases de Hervé et Zaoui en mode inverse, méthode adaptée pour la première fois aux mélanges de polymères. L'objectif de cette démarche est d'accéder aux informations inaccessibles que sont les propriétés viscoélastiques effectives de l'interphase dans le mélange ternaire TD / TP étudié. Les résultats d'une telle extraction du comportement individuel de l'interphase ont permis d'associer la relaxation d'interphase observée sur le thermogramme viscoélastique expérimental du mélange à une transition micromécanique.

Viscoelastic properties of binary and ternary thermoset (TS) / thermoplastic (TP) polymer blends were investigated in connection with blend morphologies. The aim of this Ph. D. Thesis is to give to physic-chemists some ''tools'' based on a combination of bath mechanical modelling and experiment in order to improve the ability of experimental viscoelastic data of multiphased polymeric materials to reveal information about overall properties of such heterogeneous materials. Christensen and Lo's model was used to highlight mechanical coupling effects in binary TS/TP polymer blends. It was shown that the magnitude of these effects between phases in such blends, as in composite materials, depends not only on mechariical properties and relative content of each phase but also on the geometric arrangement of the polymeric phases. Furthermore, a new presentation of viscoelastic data was also proposed to probe qualitatively the actual blend morphology by combining bath experimental and theoretical data. Subsequently, the dynamic mechanical spectrum of a compatibilized ternary TS/TP polymer blend revealed an additional loss peak, which was interpreted as an interphase relaxation and which was shown to depend on the thermal history of the sample. The experimental investigation was followed by a theoretical part. This was based on the use, in a reverse mode, of the self-consistent mechanical model developed by Herve and Zaoui. Such a new approach for mechanical modelling applied to polymer blends allows us to evaluate the actual viscoelastic properties of the in situ synthesised interphase of the TS/TP blend. As a consequence of theoretical results obtained for such an extraction of the viscoelastic properties of the isolated interphase, the experimentally observed interphase relaxation was attributed to • a micromechanical transition.