Etude statique et dynamique de la cristallisation des élastomères sous tension

par Sondes Trabelsi

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Jacques Rault.

Soutenue en 2002

à Paris 11 .


  • Résumé

    Notre étude a porté sur la cristallisation des élastomères sous tension: 1. A l'équilibre. Le taux de cristallinité d'un élastomère (CN, CS, CNC, etc. ), la cinétique de cristallisation et la relaxation de la contrainte sont dépendants de l'étirement [lambda], de la température de cristallisation Tc et de la densité de réticulation. Le maximum de cristallinité ainsi que les températures de fusion Tf augmentent avec la densité de réticulation. Au cours de la cristallisation du caoutchouc un [lambda] donné, les cristallites se multiplient sans s'épaissir. La taille du cristal selon la direction de traction augmente au détriment des directions transverses de telle manière que le volume moyen des cristallites reste constant. Ce volume décroît avec la concentration de réticulations. Les différentes propriétés [phi]([lambda]) (cristallinité Chi à l'ambiante, cinétique de cristallisation, température de fusion Tf ) des caoutchoucs synthétiques et chargés sont superposables avec celle du naturel par une simple translation [delta][lambda]. 2. Hors équilibre. L'hystérèse est due uniquement à un retard à la cristallisation. Les cristallites formées au cours d'un cycle de traction d'un élastomère produisent deux effets antagonistes. Ils jouent le rôle de nouveaux nœuds de réticulation qui augmentent la force de traction. Ils entraînent aussi une relaxation des chaînes amorphes. Pendant le retour du cycle. Il existe deux phases semi-cristalline et fondue en état d'équilibre pour les extensions 3 < [lambda] < 4. 5 (contrainte constante). En déformation cyclique entre les extrémas [lambda]max et [lambda]min, la cristallinité [lambda]max fixe varie linéairement avec l'amplitude de déformation [delta][lambda] = [lambda]max -[lambda]min et disparaît pour une fréquence critique [Nu]Critique qui dépend de [delta][lambda] = [lambda]max -[lambda]min et de [lambda]max. 3. Cristallisation au fond d'une déchirure. Nous avons tracé les cartes d'iso contours (d'iso-cristallinité et d'isotension) autour d'une entaille et donné les dimensions de ces zones avec la déformation, la réticulation et la longueur de la déchirure.

  • Titre traduit

    Static and dynamic studies of strain induced crystallisation of elastomers


  • Résumé

    Stress-induced crystallization using X-ray diffraction: Under equilibrium condition: At fixed draw ratio, the crystallites formed by elastomers (natural, synthetic and filled rubber) are oriented along the stretching direction. They have the same and constant size during crystallisation. Hence crystallinity rises by multiplication of crystallites. The maximum of crystallinity of natural rubber (NR) depends on the amount of sulphur in the rubber, but not on the fillers inserted. The dimensions of crystallites depend on draw ratio. They increase along the draw direction and decrease along others while maintaining their volume. They decrease with the cross-linking density. Above 15ʿC, the filled rubber shows a semi-plateau for crystallinity due to the heterogeneity in crystallite distribution. All the curves [phi]([lambda]) ([phi] can be crystallinity, crystal size or melting temperature) of filled and synthetic NR can coincide with the unfilled NR by simple translation. During continuous stretching: Crystallites formed by rubber in cycling deformation produce antagonist effects. They are considered as additional cross-linking inserted during loading. Consequently the force tends to increase during stretching. The amorphous parts become more isotropic, therefore the tensile force decreases its value. These effects lead to relaxation only in the retraction phase. The hysteresis during loading cycles for unfilled natural and synthetic rubber is only due to retardation with regards to the crystallization. In cycling deformation between two extremes [lambda]max and [lambda]min the crystallinity at [lambda]max decreases linearly with deformation amplitude [delta][lambda] = [lambda]max -[lambda]min and disappears for a critical frequency depending on [delta][lambda] = [lambda]max -[lambda]min and [lambda]max. Stress-induced crystallization around crack tip: A map of iso-contours (iso-crystallinity) and dimensions of the crystalline zone around crack tips have been measured as function of strain, cross-linking density and crack length.

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Informations

  • Détails : 174 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.169-172.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Saclay (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)193
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