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EnglishRÉSUMÉ
Après quelques rappels sur la cristallisation des polymères, les effets des paramètres de mise en forme (mécaniques, thermiques, géométriques) sur les phénomènes de cristallisation (germination, croissance, cinétique globale, développement des morphologies) sont d'abord discutés de façon générale. Les principales méthodes de caractérisation de l'orientation due à la mise en forme sont ensuite décrites. Les principes de la modélisation du développement de structures sont enfin exposés, avec les lois utilisées pour décrire la cinétique globale de cristallisation.
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Jean-Marc HAUDIN : Ingénieur civil des Mines - Docteur ès sciences - Professeur à MINES ParisTech
INTRODUCTION
La mise en forme confère aux matériaux polymères une structure qui peut se décliner de l’échelle nanométrique à l’échelle macroscopique, et conditionne les propriétés finales des produits. Cette structure a été traditionnellement qualifiée de « microstructure » car, à l’origine, les observations pertinentes se situaient généralement entre un micromètre et quelques centaines de micromètres, c’est-à-dire dans la gamme d’utilisation du microscope optique. De nos jours, les systèmes polymères sont souvent complexes. Outre les polymères seuls, on est amené à transformer des mélanges de polymères, des polymères chargés ou renforcés, synthétiques ou biosourcés. Dans ce cas, la description des structures comporte la morphologie et la répartition des phases dans les mélanges, ou encore la distribution ou l’orientation des charges et des renforts. Ces aspects, qui ont fait l’objet d’une littérature abondante, ne sont pas abordés ici.
Cet article se limite au développement de structures dans les polymères semi-cristallins. Parmi les phénomènes se produisant lors de la transition de l’état liquide à l’état solide, la cristallisation joue un rôle majeur. Lors de la mise en forme, elle se produit généralement sous l’effet de conditions complexes, hétérogènes et couplées : mécaniques (écoulement, pression), thermiques (vitesses de refroidissement, gradients thermiques) et géométriques (surfaces libres, contact avec les outils). La simulation numérique est un outil efficace pour interpréter et prédire ces phénomènes couplés. Elle passe par l’introduction d’une loi de cristallisation dans un modèle thermomécanique du procédé.
Ces concepts généraux de développement de structures sont illustrés par des applications dans l’article suivant [AM3121].
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5. Conclusion
Le développement de structures a été étudié par de nombreuses techniques expérimentales, qui ont été utilisées :
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dans des expériences de laboratoire, mettant en jeu des appareils commerciaux ou des dispositifs conçus spécialement, dans le but de déterminer l’influence d’un facteur isolé sur la cristallisation, par exemple l’écoulement ;
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dans l’analyse des produits : fibres, films, tubes, pièces injectées, etc. ;
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dans des mesures en ligne.
Toutes ces expériences ont produit un vaste corps de données, qui permet de proposer une description générale de la cristallisation des polymères dans les procédés de mise en forme. Les concepts généraux ainsi dégagés sont appliqués dans l’article [AM3121] à l’étude de quelques procédés différant par la sévérité des conditions mécaniques et thermiques, en limitant à quelques exemples judicieusement choisis.
Beaucoup de résultats significatifs ont été obtenus et sont encore obtenus à l’aide des techniques classiques de microscopie optique, diffraction des rayons X ou calorimétrie. Ces vingt dernières années ont cependant vu l’émergence de nouvelles techniques. Ainsi :
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la microscopie électronique en transmission sur des coupes réalisées à l’ultra-microtome permet de visualiser l’organisation des lamelles cristallines, par exemple dans les gaines soufflées ;
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la microscopie à force atomique a permis d’observer la surface de films, mais aussi de réaliser des expériences de cristallisation in situ, montrant par exemple le développement de shish-kebabs ;
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la nanocalorimétrie permet maintenant de réaliser des expériences de cristallisation dans une large gamme de vitesses de refroidissement ;
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l’utilisation du rayonnement synchrotron a réduit considérablement la durée des expériences de diffraction des rayons X, ce...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KRESSLER (J.) - Gamma-phase of isotactic polypropylene - in Polypropylene : An A-Z Reference, Karger-Kocsis (J.) (Ed.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Pays Bas (1999).
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(2) - AVRAMI (M.) - Kinetics of Phase Change. II. Transformation-Time Relations for Random Distribution of Nuclei - . J. Chem. Phys., 8, p. 212-224 (1940).
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(4) - TRIBOUT (C.), MONASSE (B.), HAUDIN (J.M.) - Experimental Study of Shear-Induced Crystallization of an Impact Polypropylene Copolymer - . Colloid Polym. Sci., 274, p. 197-208 (1996).
-
(5) - MONASSE (B.) - Nucleation and Anisotropic Crystalline Growth of Polyethylene under Shear. - J. Mater. Sci., 30, p. 5002-5012 (1995).
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Rem3D® http://www.transvalor.com/fr/
Autodesk®Simulation Moldflow® http://www.autodesk.fr/products/simulation-moldflow/
HAUT DE PAGE
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La Society of Plastics Engineers (SPE) organise une « Annual Technical Conference » ou ANTEC®. http://www.4spe.org/
HAUT DE PAGESociétés savantes
ESAFORM European Scientific Association for Material Forming http://esaform.utcluj.ro/
GFP Groupe Français d’Études et d’Applications des Polymères http://www.gfp.asso.fr/
PPS Polymer Processing Society (PPS) http://psfebus.allenpress.com/eBusPOPR/
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