Apports de la modélisation mécanique à l'étude de matériaux polymères multiphases

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SOMMAIRE 150 Sommaire pages INTRODUCTION GENERALE........................................... 7 CHAPITRE IBIBLIOGRAPHIE GENERALE I.1. Introduction................................................................................................................ 11I.2. Mélanges de polymères Rappels théoriq.......................................................... 11uesI.2.1. Etat de miscibilité.................................... ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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SOMMAIRE
- 150 -
Sommaire
pages INTRODUCTIONGENERALE........................................... 7
CHAPITREI BIBLIOGRAPHIEGENERALE
I.1. Introduction................................................................................................................ 11
I.2. Mélangesde polymères - Rappels théoriques.......................................................... 11
I.2.1. Etatde miscibilité............................................................................................. 11
I.2.2. Diagrammede phases d'un mélange binaire de polymères partiellement miscibles........................................................................................................... 13
I.2.3. Morphologiesdes mélanges de polymères....................................................... 16
I.2.4. Compatibilisationd'un mélange de polymères................................................. 16
I.3. Interphasedans les systèmes multiphasés................................................................ 18
I.3.1. Définition..........................................................................................................18
I.3.2. Miseen évidence expérimentale d'interphases................................................. 18
I.3.2.1. Lestechniques spectrométriques analytiques..................................... 19
I.3.2.1.1. I.3.2.1.2.
La résonance magnétique nucléaire (RMN).................... 19
Les méthodes optiques.................................................... 19
I.3.2.2. Lacalorimétrie différentielle à balayage (DSC)................................. 22
I.3.2.3. Lesspectrométries diélectrique et par courants thermostimulés (CTS) 24
I.3.2.4. Laspectrométrie mécanique............................................................... 25
I.3.2.4.1. I.3.2.4.2.
Rappels............................................................................... 25 Etude des modifications des propriétés viscoélastiques de la matrice au voisinage de la phase dispersée............... 26 pages
-1-
Sommaire
I.3.2.4.3. Miseen évidence effective d'interphase par spectrométrie mécanique............................................. 29 I.3.2.4.4. Misesen garde - Réalité, artefacts et effets de couplage mécanique........................................................... 36
I.3.3. Conclusion........................................................................................................39 I.4. Modélisationmécanique des systèmes multiphasés particulaires : Prédiction du comportement viscoélastique............................................................................... 40 I.4.1. Lesméthodes variationnelles............................................................................ 40 I.4.2. Lesmodèles phénoménologiques..................................................................... 41
I.4.3. Lesméthodes auto-cohérentes.......................................................................... 43
I.4.4. Conclusion........................................................................................................49 I.5. Conclusiondu chapitre.............................................................................................. 50 CHAPITREII MATERIAUX, TECHNIQUESEXPERIMENTALES ETANALYSE DU COMPORTEMENTVISCOELASTIQUE DURESEAUEPOXYDIQUE COMMUN AUX DIFFERENTS SYSTEMES MULTIPHASESETUDIES
II.1. Introduction............................................................................................................... 52
II.2. Matériaux................................................................................................................... 52
II.2.1. Lamatrice thermodurcissable (TD) époxyde/amine........................................ 52
II.2.1.1. Rappelsde chimie des réseaux époxydiques..................................... 52
II.2.1.1.1. Mécanismesréactionnels des systèmes époxydes / durcisseurs aminés............................................................. 52 II.2.1.1.2. Formationdu réseau tridimensionnel.............................. 53
II.2.1.2. Lesystème époxyde/ amine................................................................ 54
II.2.1.2.1. Lesmonomères................................................................ 54 pages
-2-
Sommaire
II.2.1.2.2. Miseen oeuvre / Cycle de cuisson.................................. 55
II.2.2. Lesmélanges de polymères thermodurci et thermoplastique (TD/TP)............ 55
II.2.2.1. Lessystèmes binaires TD/TP............................................................. 55 II.2.2.2. Lesystème ternaire TD/TP compatibilisé........................................... 56
II.3. Techniquesexpérimentales........................................................................................ 58
II.3.1. Lacalorimétrie différentielle à balayage........................................................... 58
II.3.2. Laspectrométrie mécanique.............................................................................. 59
II.3.2.1. Principegénéral de la spectrométrie mécanique................................. 60
II.3.2.1.1. II.3.2.1.2.
Rappels théoriques........................................................... 60
Principe de la technique................................................... 60
II.3.2.2. Appareillage........................................................................................61
II.3.2.2.1. II.3.2.2.2. II.3.2.2.3.
Le spectromètre mécaniqueRheometric Scientific.......... 61 Le spectromètre mécaniqueMetravib............................. 62 Incertitudes de mesures................................................... 63
II.4. Comportementviscoélastique du réseau époxydique commun à nos différents systèmes multiphasés. Analyse de la mobilité moléculaire. Influence de l'eau et du vieillissement physique............................................................................... 63
II.4.1. Comportementviscoélastique du réseauex-DGEBA-MCDEA............................. 64
II.4.1.1. Bibliographie......................................................................................64
II.4.1.1.1. II.4.1.1.2.
La relaxation principalea............................................... 64
Les relaxations sous-vitreuses......................................... 65
II.4.1.2. Lesystèmeex-DGEBA-MCDEA...................................................... 66
II.4.2. Influencede l'eauet duvieillissement physiquesur les processus relaxationnels sous-vitreux............................................................... 68
II.4.2.1. Protocoleexpérimental....................................................................... 68
II.4.2.2. Résultatset discussion........................................................................ 70 II.4.2.2.1. Résultats........................................................................70 pages II.4.2.2.2. Discussion.......................................................................... 72 -3-
Sommaire
II.5. Conclusiondu chapitre........................................................................................................ 73 CHAPITREIII
ETUDE DESMELANGESBINAIRESTD/TP. INFLUENCES DE LA MICROSTRUCTURE ET DE LAMORPHOLOGIE SUR LECOMPORTEMENT VISCOELASTIQUE- EFFETS DECOUPLAGEMECANIQUE
III.1. Introduction................................................................................................................ 76
III.2. RésultatsExpérimentaux........................................................................................... 76
III.2.1. Morphologie des mélanges M10 et M20.......................................................... 76
III.2.2. Etude par calorimétrie différentielle à balayage............................................... 78
III.2.3. Etude par spectrométrie mécanique.................................................................. 79
III.2.4. Conclusion expérimentale................................................................................ 81
III.3. Prédictiondu comportement viscoélastique des mélanges - Prise en compte de l'arrangement géométrique des phases.................................................................... 82
III.3.1. Présentation du modèle mécanique.................................................................. 82
III.3.2. Définition des Volumes Elémentaires Représentatifs...................................... 83
III.3.3. Détails des simulations numériques................................................................. 84
III.3.4. Résultats des simulations numériques.............................................................. 85
III.4. Discussion.................................................................................................................... 89 III.4.1. Ecarts entre les résultats expérimentaux de DSC et de spectrométrie mécanique : Influence de l'arrangement géométrique des phases sur la contribution des effets liés au couplage mécanique......................................... 90 III.4.2. Combinaison des résultats théoriques et expérimentaux pour appréhender la morphologie des mélanges............................................................................ 91 pages
III.5. Conclusiondu chapitre................................................................................................ 95 -4-
Sommaire
CHAPITREIV ETUDE DUMELANGETERNAIRETD/TP COMPATIBILISE APPORTS EXPERIMENTAUX ET THEORIQUES POUR LA CARACTERISATION VISCOELASTIQUE DE LA ZONE INTERFACIALE
IV.1. Introduction.............................................................................................................. 97
IV.2. Approcheexpérimentale : Etude du comportement viscoélastique du mélange ternaire TD/TP compatibilisé. Influence de l'histoire thermique des échantillons......................................................................................................... 97
IV.2.1. Morphologiedu mélange - Efficacité de l'agent compatibilisant réactif...... 97
IV.2.2. Etudedu comportement viscoélastique du mélange.................................... 98
IV.2.2.1. Comportementviscoélastique des constituants séparés du mélange 99 IV.2.2.2. Comportementviscoélastique du mélange TD/TP compatibilisé.... 101
IV.2.3. Influencede l'histoire thermique du mélange sur les caractéristiques viscoélastiques de la relaxation d'interphase................................................ 104
IV.2.3.1. Protocoleexpérimental..................................................................... 104 IV.2.3.2. Résultatset Discussion..................................................................... 106
IV.2.4. Conclusionde l'approche expérimentale...................................................... 111
IV.3. Approchethéorique : Etude du comportement viscoélastique de l'interphase 112
IV.3.1. Modélisation mécanique enmode direct...................................................... 112
IV.3.1.1. Présentationdu modèle mécanique.................................................. 112 IV.3.1.2. Simulationsnumériques enmode direct.......................................... 113
IV.3.1.2.1. Détailsdes simulations numériques............................ 113
IV.3.1.2.2. Résultatsdes simulations numériques enmode direct114
pages
IV.3.2. Modélisationmécanique enmode inverse................................................... 116
-5-
Sommaire
IV.3.2.1. Bibliographie....................................................................................116 IV.3.2.2. Miseau point et potentialités de l'utilisation de la modélisation mécanique enmode inverse.............................................................. 116
IV.3.2.2.1. IV.3.2.2.2.
Présentation................................................................. 116
Validations théorique et expérimentale de l'approche enmode inverse......................................... 117
IV.3.2.3. Applicationdumode inverseau mélange TD/TP compatibilisé. Extraction du comportement viscoélastique de l'interphase............. 122
IV.3.2.3.1. IV.3.2.3.2.
Détails des simulations numériques........................... 122
Résultats et discussion................................................ 124
IV.3.3. Conclusionde l'approche théorique............................................................. 130 IV.4. Conclusiondu chapitre............................................................................................ 130 CONCLUSIONGENERALE........................................... 132
REFERENCESBIBLIOGRAPHIQUES............................... 136
Références bibliographiques du premier chapitre................................................................. 137
Références bibliographiques du deuxième chapitre............................................................... 148
Références bibliographiques du troisième chapitre............................................................... 151
Références bibliographiques du quatrième chapitre............................................................. 153
ANNEXES........................................................... 156
ANNEXE 1: ANNEXE 2: ANNEXE 3:
Modèles mécaniques......................................................................... 157
Incertitudes de mesures au viscoélasticimètreMetravib................ 167
A propos de latransition micromécanique........................................171
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