Thèse soutenue

Fragilisation du poly(butylene terephthalate) induite par injection
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Auteur / Autrice : Camille Loyer
Direction : Emmanuel RichaudGilles Régnier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
Date : Soutenance le 26/11/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-Charles Majeste
Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Richaud, Sandra Domenek, Florence Delor-Jestin, Agustin Rios de Anda
Rapporteurs / Rapporteuses : Sandra Domenek, Florence Delor-Jestin

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse porte sur la compréhension des mécanismes conduisant à la dégradation de pièces PBT se produisant au cours de leur mise en œuvre par injection, afin d’expliquer des phénomènes épidémiques de casse (de l’ordre de la dizaine de ppm) auxquels peut faire face des transformateurs de matière. Nous avons commencé par étudier l’effet du couple « température de fourreau/temps de séjour » sur les propriétés mécaniques d’éprouvettes normalisées, ce qui nous a permis de mettre au point un premier diagramme « temps – température » dont le but est de permettre au transformateur d’optimiser la mise en œuvre. Le phénomène de fragilisation a en premier lieu été expliqué par la dégradation thermique de la matière, conduisant à des coupures de chaines et une réduction de la masse molaire moyenne des chaines. En généralisant ces études structure-propriétés à d’autres échantillons (obtenus à partir de différents grades de PBT) pour différents modes de vieillissement (hydrolytique, thermo-oxydant..), nous sommes parvenus à proposer une carte de fragilisation « masse molaire / taux de cristallinité » qui permet de prédire le seuil d’endommagement nécessaire à la perte de propriétés mécaniques. Nous nous sommes ensuite focalisés sur les mécanismes « moléculaires » à l’origine de cette dégradation. Un modèle cinétique complet a été proposé et décrit avec succès la décomposition thermolytique des motifs, qui semble avoir lieu dans une échelle de temps comparable au procédé, et dont l’effet est d’autant plus marqué que les grades destinés à l’injection sont constitués de chaines de masse molaire modérées ne tolérant qu’un faible nombre de coupures de chaines sous peine de conduire à la ruine du matériau. Une étude préliminaire des phénomènes d’oxydation suggère qu’ils ne jouent qu’un rôle mineur dans le procédé, mais qu’ils peuvent en revanche prédominer dans les conditions d’utilisation du matériau, où une stabilisation adéquate doit être développée. Enfin, une dernière complexité provient du fait que le PBT, même s’il n’est que modérément hydrophile, subit des phénomènes d’hydrolyse assez rapides et catalysés par les acides carboxyliques (issus des réactions d’hydrolyse, ou présents en bouts de chaines). La maitrise du procédé d’injection requiert donc un séchage strict de la matière mais également des mélanges maitres nécessaires à teinter la matière, ceux-ci étant plus fortement hygroscopiques, et les pigments semblant avoir une influence néfaste sur la tenue à l’hydrolyse.