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Michel CHATAIN : Ingénieur de l’Institut Industriel du Nord (IDN) - Docteur ès Sciences Physiques - Professeur à l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (ENSAM‐Paris)
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Cet article aborde les comportements thermomécaniques généraux des plastiques, en essayant, dans la mesure du possible, d’en donner une vue synthétique à partir d’une classification fondée sur leur structure et les forces de liaison qui assurent leur cohésion.
Il englobe également les propriétés physiques, à l’exclusion des propriétés électriques et thermooptiques traitées respectivement dans les articles [A 3 140] et [A 3 145], des modifications des propriétés sous l’effet du vieillissement physique [A 3 150] ou chimique [A 3 151], de l’action de l’eau , ou du frottement et de l’usure [A 3 139].
Certains aspects liés directement à ces propriétés font également l’objet d’autres articles, tels les essais normalisés (cf. rubrique Essais normalisés de ce traité) ou la propagation des fissures en fatigue dynamique [A 3 136].
Les plastiques sont des matériaux viscoélastiques et, le plus souvent, des mélanges complexes. Cet article étudiera surtout les résines pures. Certains adjuvants, comme nous le verrons plus loin, ont peu d’influence directe sur les propriétés mécaniques, et tous font d’ailleurs l’objet d’articles qui leur sont propres (cf. rubrique Adjuvants et renforts des plastiques de ce traité).
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2. Rhéologie des polymères à l’état solide
2.1 Généralités
Étymologiquement, le terme rhéologie est issu du grec ρεω : couler, s’écouler, et désigne la science qui s’intéresse à l’écoulement des matériaux et aux phénomènes qui s’y rattachent.
On ne peut parler, comme cela a été dit précédemment, du comportement des composés macromoléculaires sans faire appel aux notions, au vocabulaire et aux méthodes qu’elle a élaborés. En effet, la théorie de l’élasticité mise au point par Hooke (1676), Mariotte et Cauchy ou la théorie de la plasticité à laquelle ont participé Coulomb, Tresca, Mises, Hencky et Caquot, la loi de la viscosité des fluides proposée par Newton (1685) sont inadaptées pour étudier, sous tous ses aspects, le comportement mécanique des polymères. Ces matériaux ne sont ni des solides hookiens ou plastiques, ni des fluides newtoniens. Cette remarque n’est pas limitée aux polymères ; on pourrait l’appliquer aux métaux à haute température, aux brais, à l’argile et aux produits agro‐alimentaires pâteux.
À partir de 1924 et sous l’impulsion du professeur Bingham, on essaya de mettre au point une théorie de l’écoulement plastique. En 1927, on commerçait à parler de rhéologie et en 1928 était créée une Société scientifique réunissant d’une part des spécialistes de l’hydrodynamique, de l’hydraulique, de la physique, de la résistance des matériaux, et d’autre part des praticiens : métallurgistes, géologues, caoutchoutiers, spécialistes du béton armé, et plus tard, plasturgistes, biologistes et biomécaniciens. Cette association dont l’activité est consacrée uniquement à l’étude de l’écoulement a été appelée Société de rhéologie, elle s’intéresse aussi bien à la viscoélasticité et à la viscoplasticité, à la mécanique de la rupture ou à la fatigue qu’à la mécanique des fluides visqueux ou à la microrhéologie qui essaie de proposer des modèles de comportement mécanique à partir de la structure interne des matériaux.
Il existe un Groupe français de rhéologie (GFR) qui réunit périodiquement ses membres à l’occasion de colloques, publie des « cahiers »,...
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Rhéologie des polymères à l’état solide
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Dictionnaire de Rhéologie. - Groupe Français de Rhéologie (1988).
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(2) - REINER (M.) - Rhéologie théorique. - Dunod (1955).
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(3) - PERSOZ (B.) - Introduction à l’étude de la rhéologie. - Dunod (1969).
-
(4) - NOWACKI (W.) - Théorie du fluage. - Eyrolles (1965).
-
(5) - WARD (I.M.) - Mechanical properties of solid polymers. - John Wiley and Sons (1971).
-
(6) - FERRY (J.D.) - Viscoelastic properties of polymers. - John Wiley and Sons (1961-1970).
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(7) - Mc LACHLAN (N.W.) - Modern operational calculus. - Mc...
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