Relations entre microstructure, propriétés mécaniques et résistance à la rayure du polypropylène injecté

Links between microstructure, mechanical properties and scratch resistance of injection-moulded polypropylene

• Auteur / Autrice : Marion Vite
• Direction : Patrice Mélé, Jean-Luc Loubet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux polymères et composites
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Microstructure (physique)

Moulage par injection

Polypropylène

Rayures (ornements)

Mots clés libres

Polymère semi-cristallin

Propriétés mécaniques locales

Cristallisation sous écoulement

Résumé

La formation de rayures sur les surfaces polymères est une problématique affectant de nombreuses industries dans les secteurs de I'emballage, du transport, de I'optique ou de I'électroménager. Peu d'études académiques ont pour objet la compréhension du comportement à la rayure des polymères semi-cristallins. Le problème est complexe car ce sont des matériaux hétérogènes par nature. De plus, leur mise en oeuvre par injection, technique fortement répandue, induit une hétérogénéité de structure supplémentaire dite « cœur-peau». Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur Ie rayage du polypropylène injecté au moyen d'une étude multi-échelle des relations entre microstructure, propriétés mécaniques et comportement à la rayure. L'analyse fine des propriétés de surface du polypropylène injecté, puis du matériau ayant subi des variations de condition de mise en oeuvre et de formulation, a permis de définir des paramètres pertinents pour caractériser la résistance à Ia rayure. Ainsi, Ie caractère ductile ou fragile du matériau a été relié à une dimension critique. A partir de I'observation que Ie polypropylène se déforme de manière ductile dans les conditions d'essais retenues, I'amelioration de la resistance à Ia rayure de ce polymère nécessite d'augmenter la dureté du matériau. De façon plus explicite, Ie critère établi en termes de rapport entre élasticité et plasticité (ou E/H) a permis d'optimiser cette propriété d'usage et de justifier I'ajout d'un agent nucléant de phase β ou I'introduction de charges de type noir de carbone

Scratches formation on polymeric surfaces is an issue affecting lots of industries in the sector of packaging, transportation, optics or electrical goods. Few academic studies are devoted to the understanding of scratch behaviour of semi-crystalline polymers. The problem is complex because these materials are heterogeneous by nature. Furthermore their processing by injection, commonly used technique, implies an additional heterogeneity, named skin-core structure. This work brings new knowledge about scratching of injected polypropylene from a multiscale study of the links between microstructure, mechanical properties and scratching behaviour. The detailed analysis of the surface properties of injected polypropylene, followed by an analysis of modified material by different moulding conditions or by different formulations, has permitted to define relevant parameters in order to characterize scratch resistance. From the observation that the deformation of the material is ductile in the retained tested conditions, the improvement of scratch resistance of polypropylene requires to increase its hardness. More explicitly, the criterion established in terms of ratio of elasticity divided by plasticity (or E/H) has allowed to optimize the scratch resistance and to justify the adjunction of a β-nucleating agent or the introduction of fillers such as carbon black