Etude de la cristallisation du PLA : Effets d’agents de nucléation et de l’écoulement sur les cinétiques et morphologies cristallines

Study of the PLA crystallization : Effects of nucleating agent and flow on the crystallization kinetics and morphology development

• Auteur / Autrice : Zakariaa Refaa
• Direction : Mhamed Boutaous
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, thermique
• Date : Soutenance le 09/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : René Fulchiron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mhamed Boutaous, René Fulchiron, Noëlle Billon, Abbas Tcharkhtchi, Roberto Pantani, François Rousset, Shihe Xin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Noëlle Billon, Abbas Tcharkhtchi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation

Cinétique

Cristallisation

Mots clés libres

Cristallisation

Cristallisation induite

Cinétique de cristallisation

Morphologie

Polymère

Ecoulement

Polymorphisme

Talc

Cisaillement

Propriétés mécaniques

Injection

Nucléation

Crystallization

Crystallization

Kinetics

Morphology

Polymer

Flow

Germination Layer

Talc

Shear

Mechanical properties

Injection

Nucleation

Résumé

Le Polylactide est un polymère biosourcé et biodégradable. Il représente un alternatif potentiel pour certains polymères issus de l’industrie pétrochimique. Néanmoins, il présente une cinétique de cristallisation lente. Dans ce travail, une attention particulière a été portée à la compréhension et la modélisation de la cinétique de cristallisation et la morphologie cristalline induite du PLA. Dans un premier temps, nous avons étudié la cristallisation en conditions statiques du PLA avec et sans agent de nucléation «talc». L’effet du polymorphisme sur les paramètres du modèle d’Avrami est modélisé en conditions isothermes, ensuite la morphologie cristalline induite en fonction de degré de surfusion est discutée pour le PLA avec et sans talc. Dans un second temps, l’effet de la température, le taux et le temps de cisaillement sur la cinétique de cristallisation du PLA et la morphologie cristalline induite est analysée, et la contribution de l’écoulement dans la germination est modélisée. La synergie entre le cisaillement et les particules de talc dans l’amélioration de la cinétique de cristallisation est démontrée par la quantification de la germination thermiquement induite et celle induite par le cisaillement. Enfin, dans le cadre du procédé d’injection, nous avons étudié l’effet de l’histoire thermomécanique et du talc sur les propriétés mécaniques du PLA. L’analyse effectuée a porté sur l’effet des paramètres du procédé d’injection et du talc sur le module de flexion en relation avec la cristallinité induite dans les pièces injectées.

The Polylactide is a biobased, biodegradable polymer. It represents a potential alternative for some polymers from the petrochemical industry. Nevertheless, it has a slow crystallization kinetics. In this work, special attention was paid to the understanding and modeling of the crystallization kinetics and morphology induced crystalline PLA. First, we investigated the crystallization of PLA in static conditions with and without nucleating agent "talc". The effect of the polymorphism on the parameters of the Avrami model is modeled in isothermal conditions, then the induced crystalline morphology as a function of degree of supercooling is discussed for PLA with and without talc. In a second step, the effect of temperature, the rate and the shearing time on the crystallization kinetics of the PLA and the resulting crystal morphology is analyzed, and the contribution of the flow in the germination is modeled. The synergy between the shear and the talc particles in improving the crystallization kinetics is demonstrated by quantification of germination thermally induced and that induced by shear. Finally, as part of the injection process, we studied the effect of thermomechanical history and talc on the mechanical properties of PLA. The analysis focused on the effect of parameters of the injection process and talc on the flexural modulus in relation to the induced crystallinity in the molded parts.