IUPAC

1Etat solide

Polymères à l'état solide

IUPAC

2Etat solide

PLAN GENERAL

1. Introduction générale

2. État vitreux

3. État cristallin

4. État caoutchoutique. Élastomères

IUPAC

3Etat solide

Ouvrages de référence

• Initiation à la chimie et à la physico-chimie des polymères GFP Volumes 2, 8 (méthodes de caractérisation structurale), 10 et 17

• Introduction to polymers R.J. Young P.A. Lovell Chapman & Hall

• Traité des matériaux Presses polytechniques et universitaires romandes Volumes 1 et 14

IUPAC

4Etat solide

Ouvrages de référence (suite)

• De la macromolécule au matériau polymère J. L Halary, F. Lauprêtre Belin

• Voyage au cœur de la matière plastique A. Boudet CNRS Éditions

• Physique des polymères tome I P. Combette, I. Ernoult Hermann Éditeurs

IUPAC

5Etat solide

Ouvrages de référence (suite)

• Introduction à la physique des polymères S. Etienne, L. David Dunod

• Introduction to Physical Polymer Science L.H. Sperling Wiley 2006

• Atlas of polymer morphology A. E. Woodward C. Hanser Publishers 1989

IUPAC

61. Introduction générale

1. Introduction générale

1.1. Matériaux

1.2. Considérations générales sur l'état solide

1.3. État caoutchoutique

1.4. Matériaux semicristallins

1.5. Systèmes mono / multiphasés

IUPAC

71. Introduction générale

1. Introduction générale

1.1. Matériaux

Définition : matériau matière→

Matériau = matière qui sert à fabriquer les objets utilesà l'humanité

+ fonction

IUPAC

81. Introduction générale

Remarque : ne pas confondre le matériau et l'outil

pierreoscorne

bois

cuirfibre végétale

IUPAC

91. Introduction générale

Surtout à l'état solide

Exceptions : • liquides dans les thermomètres

• cristaux liquides (afficheurs)

• gaz dans les tubes lumineux ("néon")

•

(liquide ou gaz pour mise en forme)

IUPAC

101. Introduction générale

1.2. Considérations générales sur l'état solide

TSolide Liquide

solidification

liquéfaction→

→

Phases condensées

(molécules au contact)

IUPAC

111. Introduction générale

Solide Liquide

Mobilité(échelle moléculaire)

faible(vibrations)

voisinage fixe

garde sa forme

élevée

renouvellementdu voisinage

coule

IUPAC

121. Introduction générale

Solide Liquide

Ordre(moléculaire)

Ordonné / désordonné (amorphe)

cristal verre

ordre à grande ordre local distance

ordre périodique

désordonné(ordre local)

IUPAC

131. Introduction générale

Fonctions de distribution radiale :

probabilité de trouver une molécule à la distance d

d

P(d)

0

1

dmd0

Gaz

IUPAC

141. Introduction générale

d

P(d)

0

1

a 2a 3a

Cristal

d

P(d)

0

1

a

Liquide ou verre

IUPAC

151. Introduction générale

CRISTAL :

Tcristal liquideTf

fusion

Tccristallisation

VERRE :

Tverre liquideTg

liquéfaction

vitrification

Transition vitreuse

IUPAC

161. Introduction générale

Comparaison cristal / verre

Cristal Verre

ordre désordre

anisotrope isotrope

densité cristal > densité verre

cohésion cristal > cohésion verre

IUPAC

171. Introduction générale

IUPAC

181. Introduction générale

IUPAC

191. Introduction générale

Ordre et désordre dans les polymères révélés pardiffraction des rayons X

Polymère (semi)cristallin Polymère amorphe

IUPAC

201. Introduction générale

Comparaison fusion - cristallisation / transition vitreuse

• Thermique :

Fusion → endothermique

Cristallisation → exothermique

Transition vitreuse → changement de capacité calorifique

• Volume : figure

• Température :

Fusion / Cristallisation : Tf / Tc → bien définie (0,1 °C)

Transition vitreuse : Tg → mal définie (5 °C)

IUPAC

211. Introduction générale

V

T

liquide

cristalverre

liquide surfondu

TcTgTg'

IUPAC

221. Introduction générale

Particularité des matériaux macromoléculaires

Tverre état caoutchoutique liquide vrai

Tgzone d'écoulement

État caoutchoutiquemobilité locale du liquide

absence d'écoulement

enchevêtrements

1.3. État caoutchoutique

IUPAC

231. Introduction générale

Solide vitreux

Liquide visqueux

État caoutchoutique

Transition vitreuse

zone d'écoulementT

MMe

IUPAC

241. Introduction générale

1.4. Matériaux semicristallins

cristal et verre cœxistent

T

cristal+ verre

cristal+ liquide liquide

Tg Tf

Tg < Tf

cohésion verre < cohésion cristal

Exemple : PE Tg = -100°C Tf = + 130°C

IUPAC

251. Introduction générale

Paramètre fondamental dans les matériaux semicristallins :

taux de cristallinité

défini en masse ou en volume

a une très forte influence sur les propriétés

Exemples : transparence, propriétés mécaniques

IUPAC

261. Introduction générale

100

200

300

PEHD

T

L

Allongement (%)

500 1000

Con

train

te (k

g/m

2 )

500 1000

100

200

PEBDT

L

IUPAC

271. Introduction générale

Gamme de variation de :

Sur l'ensemble des polymères : 0 < (%) < 100

toujours inférieur à 100 %

• Certains polymères ne peuvent pas cristalliser : = 0

transparents, ex. PMMA, PS, PC

• Certains polymères peuvent cristalliser :

dépend des conditions de cristallisation

refroidissement rapide faible

refroidissement lent élevé ex. PET

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281. Introduction générale

1.5. Systèmes mono / multiphasés

• Matériaux polymères monophasés

• Matériaux polymères multiphasés

Polymère pur + additifs de formulation

homopolymère copolymère statistique

Systèmes composites

= matière plastique

polymère - polymère

polymère – phase minérale

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291. Introduction générale

Remarque :

polymèreréticulé

non réticulé thermoplastique

thermodurci