Introduction aux matériaux polymères (2° Éd.) (Coll. Sciences de l'ingénieur)

Bernard Lestriez, Rémi Deterre

Description

Introduction aux matériaux polymères permet d’acquérir l’essentiel des notions de base sur les polymères et leur mise en œuvre. Il montre en outre, qu’il n’y a pas de barrière entre la chimie et la physico-chimie macromoléculaires d’une part, et la mise en œuvre et les propriétés mécaniques des matériaux polymères, d’autre part.

Après avoir situé les matériaux polymères parmi les autres grandes familles de matériaux industriels, cet ouvrage aborde les relations entre leur structure et leurs propriétés afin d’en comprendre leur comportement particulier. Les propriétés d’usage des principales familles des polymères sont ensuite décrites ainsi que les propriétés de mises en œuvre et leur influence sur les propriétés des pièces fabriquées. Le dernier chapitre, original par son contenu académique et didactique, porte une attention particulière sur l’application des polymères au collage. Il comporte un rappel des notions fondamentales nécessaires à la compréhension du phénomène de collage, puis aborde les arguments techniques et les données qui déterminent le choix du collage parmi les autres méthodes d’assemblage ainsi que le choix d’une colle parmi les différentes familles d’adhésifs.

Clair et didactique, fruit de l’expérience académique et industrielle des auteurs, cet ouvrage de référence est indispensable à tous les ingénieurs des filières chimie, matériaux, mise en œuvre…, techniciens et étudiants de LMD voulant découvrir ou approfondir la science et la technique des matériaux.

Sigles et abréviations
Préface de Jean-François GÉRARD, Professeur des Universités, Université de Lyon, INSA Lyon, Président de la European Polymer Federation

Chapitre 1
Rappels sur les matériaux
1. Différents états de la matière
2. Caractérisation mécanique simple des solides
3. Origine physique du module des matériaux
4. Types d’organisation des liaisons dans les matériaux
5. Solides moléculaires : introduction à la spécificité des matériaux moléculaires
6. Conclusion

Chapitre 2
Matériaux macromoléculaires
1. Longueur de la macromolécule
2. Nature des liaisons entre les macromolécules
3. Nature de la macromolécule
4. Renforcement des polymères
5. Composites fibreux, particulaires ou cellulaires
6. Classement des matériaux macromoléculaires
7. Conclusion

Chapitre 3
Propriétés des polymères
1. Propriétés économiques
2. Propriétés mécaniques
3. Propriétés thermiques
4. Propriétés optiques
5. Propriétés électriques
6. Propriétés chimiques
7. Identification sommaire des polymères
8. Conclusion

Chapitre 4
Propriétés de mise en œuvre
1. Introduction
2. Propriétés thermodynamiques
3. Propriétés rhéologiques
4. Extrudabilité et injectabilité des polymères
5. Influence de la mise en œuvre sur les propriétés des pièces
6. Conclusion

Chapitre 5
Application des polymères au collage
1. Pourquoi la très grande majorité des adhésifs sont-ils des polymères ?
2. Étalement de l’adhésif : rôle des liaisons faibles et de la viscosité
3. Quelles liaisons fortes et durables à l’interface adhésif/substrat ?
4. Nécessité des traitements de surface
5. Résistance mécanique des assemblages collés
6. Prise des d’adhésifs et grandes familles d’adhésifs
7. Exemple de choix d’un adhésif : étude du cas de l’assemblage d’un manche au bol d’une cafetière
8. Conclusion

Bibliographie

Annexe 1
Compléments au chapitre sur le collage
1. Énergie de surface
2. Calcul de Volkersen
3. Base de données pour le choix d’un type d’adhésif

Annexe 2
Méthodes de caractérisation des polymères
1. Rappels thermodynamiques
2. Viscosimétrie
3. Chromatographie d’exclusion stérique

Annexe 3
Caractérisations des polymères non obligatoirement solubles
1. Résonance magnétique nucléaire (RMN)
2. Absorption Infrarouge
3. Diffraction de rayons X

Index détaillé des appellations courantes des polymères
Index

Informations

• Publié par: Tec & Doc - Editions Lavoisier
• Date de parution: 07 avril 2016
• Nombre de lectures: 178
• EAN13: 9782743070281
• Licence : Tous droits réservés
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

Chez le même éditeur

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Chimie des polymères. Exercices et problèmes corrigés e T. Hamaide, L. Fontaine, J.L. Six, 2 édition, 2014

Initiation à la rhéologie. Bases théoriques et applications expérimentales e G. Couarraze, J.L. Grossiord, N. Huang, 4 édition, 2014

Conception des pièces plastiques injectées J.L. Charvolin, 2013

Les procédés d’élaboration et de transformation des métaux, céramiques et plastiques M. Reyne, 2010

Microencapsulation : des sciences aux technologies T. Vandamme, D. Poncelet, P. SubraPaternault, 2007

Transformations, assemblages et traitements des plastiques M. Reyne, 2006

Les latex synthétiques. Élaboration  Propriétés  Applications J.C. Daniel, C. Pichot (coord.), 2006

Injection des polymères : simulation, optimisation et conception R. Deterre, P. Mousseau, A. Sarda, 2003

Matériaux organiques pour le génie civil. Approche physicochimique Y. Mouton, 2003

Introduction aux matériaux polymères

Rémi Deterre, Bernard Lestriez avec la collaboration de Gérard Froyer

editions.lavoisier.fr

Direction éditoriale: Fabienne Roulleaux Édition: Laurence Sourdillon Fabrication: Estelle Perez Couverture: Isabelle Godenèche Composition: Desk

© 2016, Lavoisier, Paris 9782743020286

ABS ACV AMOC AMOP CGS daN DP DSC FV GES GPa HDT Hz IRTF MFI MPa Pa PA PA66 PA66 30%FV PC PCL PE PEbd

Sigles et abréviations

Acrylonitrile Butadiène Styrène Analyse du cycle de vie Adhésif de mise en œuvre chimique Adhésif de mise en œuvre physique Centimètre gramme seconde Déca Newton Degré de polymérisation Differential Scanning Calorimetry(analyse thermique différentielle) Fibre de verre Gaz à effet de serre Giga Pascal Heat deflection temperature Hertz Infra Rouge à Transformée de Fourier Melt flow index Méga Pascal Pascal Polyamide Polyamide 66 Polyamide 66 chargé 30 % fibres de verre Polycarbonate Polymère à cristaux liquides Polyéthylène Polyéthylène basse densité

VI ■Introduction aux matériaux polymères

PEhd PES PET(PETP) PMMA POM PP PPS PS PVC pvT RMN SEBS TEP Tf Tg

Polyéthylène haute densité Polyéthersulfone Polyéthylène téréphtalate Polyméthacrylate de méthyle Polyoxyméthylène Polypropylène Polysulfure de phénylène Polystyrène Polychlorure de vinyle Pression, volume spécifique, température Résonnance magnétique nucléaire Styrène Ethylène Butylène Styrène Tonne équivalent pétrole Température de fusion Température de transition vitreuse

Préface

À une époque où les nouveaux outils comme Internet permettent un accès à des sommes impressionnantes de documents mais le plus souvent non validées, disposer d’un ouvrage en français comme celui-ci pour des étudiants, techniciens et ingénieurs travaillant dans le domaine des matériaux est précieux. Les efforts de synthèse et de pédagogie des auteurs, experts reconnus dans les domaines de la chimie et des propriétés des matériaux, ont conduit à un livre d’un accès aisé pour tout lecteur, où l’essentiel est présent avec le rappel des bases et des gran- deurs utiles mais qui permet aussi d’aller plus loin à la fois pour le mécanicien qui aura la curiosité de préciser certaines notions de chimie des polymères et pour le chimiste qui, après cette lecture, comprendra toute l’importance de connaître les conséquences sur les comportements physiques de ces travaux. Les polymères sont désormais présents dans tous les secteurs industriels et de la conception de systèmes et dispositifs, comme le domaine du transport, de l’environnement, de l’énergie, de l’ingénierie médicale, etc. Aussi, rassembler les éléments incontournables pour comprendre ce qui explique la place grandis- sante de tels matériaux organiques dans un aussi grand nombre d’applications est indispensable. Cet ouvrage, remarquablement illustré de figures essentielles pour une compréhension parfaite des phénomènes, rapporte toute la spécificité des matériaux polymères où les architectures macromoléculaires issues de chimies de polymérisation diverses mais aussi les paramètres des procédés d’élaboration et de mise en œuvre conditionnent les microstructures et morphologies générées, elles-mêmes gouvernant les comportements physiques. Revenir sur ces relations structure-propriétés des polymères en sachant lier chimie et science des matériaux permet de rappeler que ce continuum doit être pris en compte pour une compré- hension complète des comportements, le choix des matériaux polymères dans une démarche de conception, la maîtrise de la durabilité des solutions polymères adoptées, etc.

VIII ■Introduction aux matériaux polymères

Cette nouvelle édition s’est considérablement enrichie, actualisant et complé- tant utilement le contenu du premier ouvrage, mais en y ajoutant aussi un chapitre dédié aux surfaces, à l’adhésion et au collage. C’est en effet une ouverture indis- pensable pour le champ de la science des matériaux où l’assemblage par collage mais aussi le dépôt de revêtements sont devenus monnaie courante. Là encore, disposer des bases de compréhension de la nature et du rôle des interfaces s’avère essentiel pour maîtriser les comportements et le design des structures assemblées. Profitez donc de la richesse de cet ouvrage auquel il faut souhaiter un grand succès puisqu’il répond parfaitement aux attentes de nombre d’étudiants et de professionnels qui recherchent un outil complet, leur permettant d’accéder aux notions essentielles sur les matériaux polymères. Il est aussi important de souli- gner l’investissement considérable des auteurs dans ce travail de transmission de connaissances à travers un livre. Félicitons donc, MM. R. Deterre, G. Froyer et B. Lestriez d’avoir consacré un temps précieux pour nous proposer cet ouvrage. Jean-François GÉRARD Professeur des Universités, Université de Lyon, INSA Lyon Président de la European Polymer Federation

Table des matières

Sigles et abréviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII

Chapitre 1

Rappels sur les matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 1. Différents états de la matière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Caractérisation mécanique simple des solides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Comportement élastique : déformation et contrainte . . . . . . . . . . 2.2. Module élastique de divers matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Origine physique du module des matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Forces interatomiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Liaisons ou interactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Origines physiques du module d’Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Types d’organisation des liaisons dans les matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Matériaux « atomiques » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Matériaux « moléculaires ». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Illustration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Classement des solides par l’ordre d’empilement des atomes. . . . . 5. Solides moléculaires : introduction à la spécificité des matériaux moléculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 2

3 3 4 4 9 10 10 11 12 13 13 15 16 17 19 22

Matériaux macromoléculaires . . . . . . . . . . . 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Longueur de la macromolécule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.1. Du matériau moléculaire au matériau macromoléculaire : synthèse. . 24 1.2. Définitions à propos de la longueur des macromolécules. . . . . . . . 29 1.3. Propriétés en fonction de la longueur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4. Désordre conformationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

X ■Introduction aux matériaux polymères

2. 3. 4. 5. 6. 7.

1. 2.

Nature des liaisons entre les macromolécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1. Liaisons faibles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Liaisons fortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nature de la macromolécule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1. Homogénéité de composition sur la chaîne macromoléculaire . . . 3.2. Homogénéité dans la disposition des groupements latéraux . . . . . Renforcement des polymères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. Polymères autorenforcés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Composites fibreux, particulaires ou cellulaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1. Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Composites fibreux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Composites particulaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Composites cellulaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Classement des matériaux macromoléculaires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1. Constantes de modules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2. Classement des valeurs desTgetTfen fonction de la nature des macromolécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Chapitre 3

41 41 42 45 45 47 48 49 52 52 52 52 53 54 54 57 63

Propriétés des polymères 65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propriétés économiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1.1. Masse volumique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 1.2. Masse volumique des polymères en fonction du taux de charges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.3. Prix et disponibilité des polymères . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 1.4. Classement du prix en fonction du tonnage et des propriétés . . . . 68 1.5. Facteurs de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 1.6. Historique des polymères commerciaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 1.7. Importance économique des polymères par rapport aux autres matériaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 1.8. Prix de revient des objets finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 1.9. Intervenants de la filière professionnelle des polymères. . . . . . . . . 75 1.10. Polymères et environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Propriétés mécaniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.1. Introduction : analogie entre la sollicitation mécanique et thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.2. Module d’élasticité en traction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 2.3. Analogie entre l’effet de la température et le temps . . . . . . . . . . . 83 2.4. Viscoélasticité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.5. Contrainte de traction et allongement rupture . . . . . . . . . . . . . . . . 93 2.6. Influence de la vitesse de sollicitation et résistance aux chocs . . . . 99 2.7. Compromis entre la rigidité et la tenue aux chocs. . . . . . . . . . . . . . 101 2.8. Variation des propriétés mécaniques en fonction de la composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103