Influence de la silice sur le comportement des matériaux

La silice dans le PVA est présente à un taux inférieur à 1%. Sachant que les charges de silices modifient la rhéologie d’une formulation, nous avons cherché à déterminer l’influence de cette charge sur le comportement du PVA sous cisaillement. Le CEMEF dispose d’un rhéomètre optique contra-rotatif qui nous a permis de suivre par microscopie optique le comportement des agrégats de silice contenu dans notre solution sous un cisaillement de taux croissant. L’ensemble des photographies est montré sur la Figure 3-10 et le lien entre ces observations et les résultats en viscosimétrie est donné Figure 3-11. d’écoulement n’étaient pas linéaires et qu’à mesure qu’augmentait la température, cette zone de non-linéarité augmentait. L’état microscopique durant cette phase n’est pas observable au rhéomètre optique car lors de la mise en position des plateaux, la force exercée par ces derniers conduit à une contrainte supérieure à la contrainte critique ce qui détruit l’état dans lequel se trouve la solution au repos. Nous supposons que l’état dans lequel se trouve la silice durant cette étape est sous forme d’un réseau d’agrégats. Cette hypothèse sera confirmée par la suite car nous avons observer la reconstruction du réseau au repos.

Lorsque la contrainte critique est atteinte, la viscosité du PVA devient indépendante du taux de cisaillement. En fait, les observations (Figure 3-10-A) montre qu’au plateau newtonnien, la silice se trouve sous forme d’agrégats dispersés de taille variable. A mesure qu’augmente le cisaillement, on constate l’arrachement de petits amas de silice à partir des plus gros : la solution est alors plus finement dispersée. A fort taux de cisaillement (10 s-1), le comportement newtonien s’arrête et on retrouve des courbes non-linéaires avec une pente négative. On observe alors que les agrégats et les particules de silice se sont alignés dans le sens de l’écoulement (Figure 3-10-B). A 500 s-1, la solution de PVA est constituée de petits agrégats de silice bien dispersés (Figure 3-10-C). Si on observe l’échantillon au repos pendant quelques minutes, on constate que ces agrégats ont tendance à se rapprocher (Figure 3-10-D) pour reformer ainsi petit à petit de plus gros agrégats. Pour confirmer que l’arrangement des charges de silice est bien à l’origine du comportement à seuil du PVA, une solution sans silice a été testée en viscosimétrie dans les mêmes conditions. La Figure 3-12 présente les résultats obtenus à différentes températures. La viscosité observée est proche de celle de l’eau, ce qui correspond à la limite inférieure de mesure pour le rhéomètre employé. Ceci explique pourquoi nous n’avons obtenu des résultats cohérents que pour une petite plage de taux de cisaillement (entre 1 et 100 s-1). Cependant, nous pouvons considérer le comportement de la solution de PVA sans silice comme newtonienne et donc qu’elle ne présente pas le même type de comportement à seuil que celle avec silice.

La silice dans les silicones

Comme le pourcentage en silice est très faible, sa structuration ne joue pas un rôle majeur sur le comportement des silicones sous cisaillement. Cependant, un point a dû être vérifié dans le procédé industriel de trempage : lors du trempage, les suspensions de silicones sont entreposées dans de grandes cuves sans agitation pendant plusieurs heures. Il fallait donc être sûr que les amas de silice ne sédimentent pas et que donc les implants obtenus au début et à la fin de la journée ont la même composition. Pour cela il a été calculé la vitesse de sédimentation à l’aide de la formule suivante [Cabane] : viscosité entre la surface et le fond de la cuve. La moyenne de l’extrait sec en surface est de 37,55% alors qu’au fond de la cuve elle est de 37,63% soit une différence de 0,08% ; la moyenne de viscosité en surface est de 1,32 Pa.s alors qu’au fond de la cuve elle est de 1,33 Pa.s soit une différence de 0,01 Pa.s. Dans les deux cas, la différence peut être considérée comme insignifiante ce qui confirme qu’il n’y a pas de sédimentation des agrégats de silice. Lors du trempage, deux paramètres physiques clés sont à prendre en compte en plus de la viscosité : la tension de surface entre le liquide et l’air et le type de contact entre le moule et le liquide. Ce paragraphe a pour but de déterminer ces deux facteurs. Les mesures ont été faites à l’aide d’un tensiomètre DSA1100 Krüss.