Thèse soutenue

Rôle et propriétés de la phase amorphe confinée des polymères

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Auteur / Autrice : Malgorzata Walczak
Direction : Gilles RégnierFrançois RibotAndrzej Budkowski
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux
Date : Soutenance le 21/11/2012
Etablissement(s) : Paris, ENSAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PIMM - Laboratoire des Procédés et Ingénierie en Mécanique et Matériaux - Procedes et Ingenierie en Mécanique et Matériaux
Jury : Président / Présidente : Marek Potrzebowski
Examinateurs / Examinatrices : Gilles Régnier, Andrzej Budkowski, Marek Potrzebowski, Maria Koziolkiewicz, Barbara Nawrot, Stanislaw Slomkowski, Jacek Ulanski, Wlodzimierz Stanczyk

Résumé

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Le but de la thèse était de comprendre l’effet du confinement en épaisseur nanométrique sur lespropriétés d’un polymère amorphe au-dessus de sa transition vitreuse. Le confinement est inévitablement lié auxeffets de surface générant le confinement et on imagine immédiatement la difficulté qu’il y a à séparer les effetsde confinement et d’interfaces. Des films multi-nanocouches alternées de PS et PC obtenus par un procédéspécifique d’extrusion ont été choisis pour l’étude car l’effet du confinement comme celui des interfaces sontmultipliés et plus facilement détectable. En espérant que des techniques expérimentales soient plus sensibles àl’un des effets, nous avons plus particulièrement sélectionné la calorimétrie, la RMN, la spectroscopiediélectrique et la rhéologie dynamique en cisaillement. En RMN du solide, nous avons pu montrer que lamobilité des cycles phénoliques du PC augmente dans des films PC/PS en proportions respectives 70/30 pourdes températures supérieures à la température de transition vitreuse du PS. Cet effet peut être plutôt attribué àl’interface sachant que l’épaisseur des couches de PC est plus importante. Les essais de relaxation diélectriquemontre clairement un écart entre les réponses des films multi-couches et ceux pour les structures bi-composants.Ces résultats ont été confirmés par les écarts obtenus entre la réponse diélectrique simulée des films multi-couches obtenue à partir des réponses propres du PC et PS et celle mesurée. Ces résultats sont très prometteurs,mais demandent des études supplémentaires pour une analyse en profondeur. Connaissant le comportementrhéologique dynamique en cisaillement des matériaux PS et PC, celui des films multi-couches a été prédit. Ilapparait que le module élastique du PS augmente significativement lorsque l’épaisseur des couches de PSdescend en dessous d’un seuil plutôt élevée : 150 à 200 nm. En dessous de ce seuil, la transition vitreuse du PSmesurée par calorimétrie augmente également sensiblement. Aucune des modélisations proposées ne permetd’expliquer avec suffisamment de fidélité les résultats expérimentaux.