Etude du comportement sous déformation de copolymères à blocs SBS et SBM à morphologie lamellaire

Garcia Gonzalez Rafael

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• Publié par: Udre
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Extrait

RESUME

Résumé

Etude du comportement sous déformation de copolymères à blocs SBS et SBM à morphologie lamellaire Résumé Dans ce travail, nous étudions les changements macroscopiques et structuraux et l'orientation moléculaire qui se produisent pendant la déformation uniaxiale du polystyrène bpolybutadiènebpolystyrène (SBS) et du polystyrèneb polybutadiènebpoly (méthacrylate de méthyle) (SBM) avec une morphologie lamellaire. Nous analysons en détail les changements dans les clichés de diffusion des rayons X aux petits angles pendant la déformation. Des changements considérables dans la position et la forme des lobes de diffusion mettent en évidence les processus de déformation au niveau de centaines ou de milliers d'angströms. Le SBS orienté montre une anisotropie très marquée causée principalement par les phénomènes de l'orientation moléculaire des blocs pendant la déformation. Des échantillons pour les essais mécaniques ont été obtenus avec la surface des lamelles orientées de façon parallèle, perpendiculaire et un 45° par rapport la directions de traction. Les tests de traction uniaxiale ont montré une anisotropie mécanique importante mesurée par le module de Young dans les directions parallèle, perpendiculaire et à 45° (266, 63 et 19 MPa). Après la partie élastique tous les échantillons montrent un seuil d’écoulement. Les orientations parallèles et perpendiculaires présentent une striction, pendant que la 45° orientation montre une déformation homogène. Aux déformations plus importantes les échantillons montrent un durcissement élevé. Remarquablement l’orientation à 45° montre un durcissement plus important que les deux autres orientations. Les tests cycliques ont montré le caractère rigide de l'orientation parallèle, ce qui indique l’endommagement de la structure lamellaire, les orientations perpendiculaire et à 45° montrent un comportement homogène aux petites déformations et des faibles niveaux d’énergie dissipée. L’orientation à 45° présente une diminution continue de la largeur de l'échantillon sans modification de l'épaisseur. Pendant que l'orientation perpendiculaire montre une striction dans la largeur et une autre dans l’épaisseur, nous avons mesuré une diminution de l'épaisseur de 50% et une réduction d'une largeur de 20% dans la région de la striction. Ces modifications correspondent à la formation d’une structure "chevron". Comme mentionné plus tôt, pendant la déformation dans la direction parallèle une striction stable est observée. C'est clair que cette striction détruit la structure lamellaire. Après la limite élastique, les lamelles rigides de polystyrène se fracturent dans petits fragments, ce qui permet la déformation des couches pBu à grandes déformations. Dans cet état la phase élastomère acquiert un comportement d’élastomère chargé.

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Résumé L’orientation à 45° montre le basculement graduelle et l’augmentation du cisaillement des couches lamellaires. Le processus de déformation se caractérise par la rotation de la normale des lamelles vers la direction de traction à travers le cisaillement des couches pBu. Pour l'orientation perpendiculaire, quand le degré de déformation augmente, nous observons une nouvelle population lamellaire, dont direction normale est orientée à 74° vers la direction de déformation, cette nouvelle population lamellaire semble être le résultat de la rotation abrupte des domaines lamellaires dans le front de la striction. Pour niveaux de déformation audessus de 0.13, les clichés à quatre lobes enregistrés sont caractéristiques de la formation d’une structure du type "chevron". Pour les trois orientations les bloc pBu s’orienté toujours le plus fort par rapport le bloc pSt, phénomène causé par son faible module élastique. Étonnamment, le niveau de l'orientation moléculaire de la phase pBu dans l'orientation parallèle est toujours supérieur à celui dans l’orientation perpendiculaire, cet effet a été attribué à la possibilité des chaînes pBu à s’orienter après la rupture des couches polystyrène. Le comportement de l'orientation moléculaire dans les essais de traction uniaxiale dépend substantiellement de l'orientation initiale de la morphologie. La rupture des la phase rigide semble être la responsable pour les changements d’orientation intrinsèques dans les phases pBu et pSt après le seuil d’écoulement. Mots clef: copolymères à Blocs; mécanisme de déformation; Morphologie lamellaire; Copolymères Nanostructurés.

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Résumé

Structure properties relationship of lamellar SBS and SBM block copolymers Abstract In this work, we investigate the macroscopic and structural changes and the molecular orientation occurring during uniaxiale stretching of polystyreneb polybutadienebpolystyrene (SBS) and polystyrenebpolybutadieneb poly(methyl methacrylate) (SBM) copolymers with a welldefined lamellar morphology. We analyze in detail the changes in the X ray small angle scattering patterns during the deformation. Significant changes of the positions and shapes of the scattered intensity occur that reflect the deformation processes at a level of hundreds or thousands of angstroms. The orientated SBS films show a very marked anisotropy caused mainly by the molecular orientation phenomena of blocs in the interlamellar space during the deformation. Samples for mechanical testing were obtained with the lamellar surface oriented parallel, perpendicular and a 45° relative to the stretching directions. The tensile test have show an important mechanic anisotropy measured by the young moduli in the parallel, perpendicular and45° directions (266, 63 and 19 MPa). After the elastic region all samples exhibit a yielding behavior. The parallel and perpendicular orientations present a distinct necking of the sample, while the 45° orientation shows a homogeneous deformation without necking. At higher strain the samples exhibit strain hardening. Remarkably the 45° orientation shows the most important strain hardening. Cyclic tests have show a rigid character of the parallel orientation, indicative of damage of the lamellar structure; The perpendicular and 45° orientations show an homogeneous behavior with an small energy’s deformation level. This behavior correspond a la rupture de polystyrene lamellae and deformation of the rubbery polybutadiene phase, in this state the elastomer phase acquire a rubbery charged behavior. The 45° orientation presents a continues diminution of the sample’s width with no thickness modification. While the perpendicular orientation shows two dimensions necking, we have measured a thickness decrease of 50% and a width’s reduction of 20% in the neck region. The thickness and width reduction correspond with the formation of “chevron like” structure. As mentioned earlier, during parallel deformation a stable macroscopic necking phenomenon is observed. It is clear that necking destroys the ordered lamellar structure. After the yield point the glassy polystyrene layers break up into small fragments which allow the rubbery layers, to deform elastically to a high level of strain. The 45° orientation: shows a gradual rotation and increasing of the stacks shear level. The deformation process is thus characterized by a concomitant rotation of the lamellar normal into the stretching direction and by a shearing process. For the perpendicular orientation: As the degree of strain increases we observed a new lamellar orientation population with a normal lamellar direction a 74° toward the deformation direction, this new lamellar population seems to be the result of

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Résumé the abrupt rotation of the lamellar domains in the neck front. For strain levels above 0.13 the four points pattern recorded is characteristic of the “chevron like” structure. For all three morphology’s orientations the PB phase always oriented stronger than the PS phase because of its lower Young’s modulus Surprisingly, the molecular orientation level of PS phase in the parallel orientation is always stronger than the perpendicular one, this effect has been attributed to the possibility of non constrained PB chains to rotate after the glassy polystyrene layers break up into small fragments which allow the rubbery chains to orient to a high level of strain Molecular orientation behavior in uniaxial stretching depends substantially on the initial morphology orientation and is related well to the stress–strain behavior. The yield point seemed to be responsible for intrinsic orientational changes in both the PB and PS phases. Key words: Block copolymer; deformation mechanism; lamellar Morphology; Nanostructure copolymers.

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