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RÉSUMÉ
Dans la transformation des polymères en matières plastiques, la connaissance des relations entre la pression, le volume spécifique et la température, ou entre la pression, la masse volumique et la température est fondamentale. Cela est encore plus vrai dans le processus le plus couramment utilisé qu’est l'injection. En effet, lors du retrait, le polymère thermoplastique fondu se contracte et le volume occupé par la pièce solidifiée devient inférieur à celui de l'empreinte du moule. Cette contraction correspond à une organisation de la matière selon une structure semi-cristalline plus dense que la phase amorphe de l'état fondu. Par l’identification des paramètres critiques qui gouvernent l’injection plastique, les mesures de PvT permettent d'améliorer les paramètres des logiciels de simulation de ces phénomènes, et ainsi de les rendre mieux prévisibles.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Bernard LE NEINDRE : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
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Patrick CANCOUËT : Docteur ès sciences physiques, ingénieur chimiste - Directeur recherches et développement (ATOMER)
INTRODUCTION
La connaissance des relations entre la pression, le volume spécifique et la température (PvT) ou entre la pression, la masse volumique (l'inverse du volume spécifique) et la température (P,
, T) des polymères est fondamentale pour la transformation des polymères en matières plastiques, notamment dans le processus le plus couramment utilisé : l'injection. En effet, lors de l'injection, une empreinte est remplie de polymère thermoplastique fondu. La pièce se contracte lors du refroidissement et le volume occupé par la pièce solidifiée est inférieur à celui de l'empreinte du moule (phénomène communément appelé retrait). Cette contraction correspond à une organisation de la matière selon une structure semi-cristalline plus dense que la phase amorphe de l'état fondu. Dans la phase cristalline, les segments de chaînes s'assemblent de façon ordonnée et compacte. En outre, au cours du refroidissement, des défauts apparaissent ; certains sont des défauts d'aspect ou retassures, d'autres des défauts géométriques ou gauchissement. Les mesures de PvT permettent d'identifier les paramètres critiques qui commandent l'injection plastique et d'améliorer les paramètres des logiciels de simulation de ces phénomènes en rendant ces derniers mieux prévisibles.
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3. Interprétation des données
À haute température, les polymères sont dans un état fondu, amorphe. En se refroidissant, en général ils se solidifient et passent par un état semi-cristallin, avec une brusque augmentation de la masse volumique, puis ils subissent la transition vitreuse, transition du second ordre, donc sans variation de masse volumique, pour se transformer en verre amorphe. Les quatre exemples suivants illustrent les différentes situations que l'on peut rencontrer.
3.1 État fondu
Certains polymères amorphes ne présentent pas de transition de solidification ni de passage à l'état semi-cristallin lorsqu'on les refroidit jusqu'à la température ambiante. C'est le cas du caoutchouc naturel qui, chauffé, se décompose à haute température, comme le montre la figure 3 qui représente les variations de la masse volumique du caoutchouc naturel avec la température. Le long d'une isobare, les masses volumiques décroissent de façon monotone quand la température augmente [12] [13]. Pour une température donnée, les masses volumiques croissent avec la pression. L'effet de la pression est plus important à haute température qu'à la température ambiante.
Le long d'une isobare, le coefficient de dilatation thermique à pression constante est donné par :
Il décroît avec la température et croît avec la pression.
Le long d"une isotherme, le coefficient de compressibilité à température constante s'écrit :
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BIBLIOGRAPHIE
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ANNEXES
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