Généralité sur les polymères
Un polymère est un mot qui vient du grec « pollus » plusieurs, et « meros » partie. Un polymère est une macromolécule organique ou inorganique constituée d’un enchaînement répété du même motif; le monomère (du grec monos: un seul ou une seule, et meros ; partie), reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes.
Un corps formé de polymères peut se présenter sous forme liquide ou solide à température ambiante. Un polymère peut être naturel (ex.: polysaccharides, ADN), ou bien entièrement synthétisé par voie chimique (ex.: polystyrène, polyisoprène,poly(Fluorur de vinylidène)….. ) par une réaction de polymérisation.
L’enchaînement des monomères peut se faire de façon linéaire (polymères linéaires) ou par des ramifications aléatoires (polymères branchés) ou systématiques et régulières (dendrimères). Du fait des degrés de liberté de la conformation de chaque monomère, la conformation tridimensionnelle du polymère résulte de cet enchaînement mais également des interactions entre monomères. Les polymères peuvent être fabriqués à partir d’un seul type de monomère (on parle alors d’homopolymère, comme par exemple le polystyrène); ou bien à partir de plusieurs types de monomères (on parle alors de copolymères, comme par exemple l’acrylonitrile butadiène styrène). On distingue deux grandes catégories de réactions chimiques permettant la préparation des polymères : la polymérisation en chaîne ou polyaddition (pour produire par exemple le polyéthylène, le polystyrène, le polypropylène…) et la polymérisation par étapes ou polycondensation (pour produire par exemple le PET ou le poly(éthylène téréphtalate).
Endommagement des polymères
Dans le domaine des polymères, le comportement mécanique de ces matériaux se scinde en différents domaines. Lorsqu’ils sont peu sollicités, les polymères réagissent de manière élastique et viscoélastique. Au delà, les polymères suivent un comportement plastique et des endommagements peuvent intervenir au sein des matériaux, voire la mise en place d’un processus amenant à la ruine.
Au niveau macroscopique, les phénomènes de déformation plastique se traduisent principalement par l’apparition de bandes de cisaillement et/ou de craquelures, dans des proportions aléatoires. Pour définir le commencement de la plasticité, on définit un seuil de plasticité et on utilise des critères de plasticité adaptés aux polymères.
La plasticité est influencée par divers paramètres qui sont principalement la température et la vitesse de sollicitation.
Présentation du PVDF
Le polyfluorure de vinylidène est un polymère, son nom anglais est « Poly Vinylidene Fluoride », ce qui explique son code ISO : « PVDF ». Il est commercialisé sous les noms de « Floraflon », « Kynar » et « Solef ».
Le poly (fluorure de vinylidéne) ou PVDF est un polymère semi-cristallin dont la phase cristalline possède plusieurs variétés allotropiques. Certains de ces variétés appartiennent à des groupes de symétrie polaire et présentent une activité piézoélectrique importante.
Le PVDF est constitué de longues chaînes moléculaires, avec la répétition d’une unité appelée monomère -CH2-CF2-, son poids moléculaire moyen en nombre est de l’ordre de 10-5, correspondant à 2000 unités répétées. Il possède une très grande inertie chimique et une excellente résistance au vieillissement, il supporte les variations de température, les ultraviolets et les agents chimiques les plus corrosifs.
Structure cristalline
Lorsque le polymère est refroidi depuis l’état fondu, un phénomène de cristallisation tend à se produire qui correspond à l’alignement de ces cylindres parallèlement les uns aux autres dans des portions bien particulières qui minimisent l’énergie globale des liaisons de Van-der-Waals. On aboutit ainsi à un arrangement périodique d’atomes qui peut être décrit par la répétition d’une maille élémentaire selon des vecteurs de base a, b et c comme pour un cristal constitué de petites molécules.
Pour le PVDF, la cristallisation peut se produire selon cinq phases cristallines différentes qui sont plus ou moins favorisées selon les conditions de cristallisation (température, vitesse de refroidissement, contraintes, etc).
Relation entre les paramètres d’élaboration et les différentes formes cristallines
Le comportement des polymères dépend fortement des conditions d’application des contraintes mécaniques (fréquence, vitesse de refroidissement, température…..), électrique et thermique. Ainsi, les changements de la morphologie et de la structure cristalline associée à la transformation d’une phase cristalline vers une autre.
L’étirage à une température inférieur à 80°C favorise la transition de la phase cristalline II vers la phase I. Par contre à une température supérieure à 90 °C, la viscosité du matériau augmente et l’orientation des cristaux dans la direction d’étirage sans déformation considérable des cristaux. L’étirage à cette température n’altère pas la phase originale. Bien que par étude de diffraction des rayons X, il a été montré que la transition de la phase II vers la phase I la plus stable apparaît lorsque l’étirement s’effectuera pour une température égale 72 °C et a une vitesse plus lente .
Table des matières
Introduction générale
Chapitre I: Généralités sur les polymères
I.1. Généralité sur les polymères
I.1.1 Définition
I.1.2 Historique
I.1.3 Structure et conformation
I.1.4 Endommagement des polymères
I.1.5 Exemples
I.2. Présentation du PVDF
I.3. Structure moléculaire
I.4. Morphologie
I.4.1. Assemblage des chaînes (arrangement des molécules)
I.4.2. les cristallites (structure lamellaire)
I.4.3. Les sphérolites
I.5. conformation moléculaire
I.6. La phase amorphe
I.7. Structure cristalline
I.7.1. la phase II ou α
I.7.2. la phase I ou β
I.7.3. la phase III ou γ
I.7.4. la phase IV ou δ (appelée aussi αp)
I.7.5. la phase V ou ε
I.8. Relation entre les paramètres d’élaboration et les différentes formes cristallines
I.9. Les défauts structuraux dans le PVDF
I.10. Mécanisme de déformation dans les polymères semi cristallin
I.10.1 Déformation plastique dans les lamelles cristallines
I.10.2 Déformation plastique dans la phase amorphe inter lamellaires
I.11. Propriétés mécaniques des polymères
I.11.1. Transition et relaxation dans le PVDF
a- Transition vitreuse
b- Relaxation structurale
I.11.2. Propriétés mécaniques en déformation non linéaire
I.11.3. Module d’élasticité en traction
I.12. Spectroscopie infrarouge (IR)
Chapitre II: Matériau et technique expérimental
II.1. Matériau
II.1.1. Préparation de l’échantillon
II.1.2. Extrudeuse
II.2. Essai de traction uniaxiale
II.2.1 Préparation des éprouvettes et dispositif expérimental
II.2.2. Méthode de mesure
II.3. Diffraction des rayon X
II.3.1. Le taux de cristallinité de l’échantillon
II.3.2. L’épaisseur des lamelles
II.4. Calorimétrie différentielle à balayage ( DSC)
II.5 Spectroscopie infrarouge(IR)
II.6.Analyse thermomécanique dynamique(DMTA)
Chapitre III: Résultats expérimentaux
III.1. Essais d’étirage des films
III.2. Diffraction des rayons X aux grands angles (WAXS)
III.3. Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
III.4. Spectroscopie infrarouge (IR)
III.5. Analyse dynamique par DMTA
III.6. L’étude des propriétés mécaniques de poly (Fluorure de vinylidène)
Conclusion générale
Annexe
Référence Bibliographiques
