Sur le compromis rigidité / durabilité du Polyéthylène Haute Densité en relation avec la structure de chaîne, la microstructure et la topologie moléculaire issues de la cristallisation

par Julien Cazenave

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Roland Séguéla et de Bruno Sixou.

Soutenue en 2005

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Du fait de leurs excellentes propriétés mécaniques, les PEHD de dernière génération ne peuvent être discriminés par des tests usuels de durée de vie, qui conditionnent la mise en service. Progresser dans la compréhension de ce comportement, et tenter de mettre en place un test mécanique à court terme permettant de cataloguer le plus large registre possible de résines de différentes origines sont les deux objectifs de cette thèse. Ce travail présente une analyse de la microstructure et de l'architecture moléculaire de PE issus de 4 types de catalyse, en relation avec les propriétés mécaniques. Il s'agit d’examiner le rôle de chaque paramètre moléculaire sur les propriétés de tenue à long terme en vue d'applications de type ‘‘réservoir’’. L'analyse et l'interprétation des propriétés structurales, à plusieurs niveaux d'échelle, à travers des mesures de densité, GPC, RMN ou DSC, ont permis de mettre en évidence le rôle de la synthèse sur chaque paramètre, et constituent un outil permanant de la discussion. Le comportement mécanique, en terme de fissuration sous contrainte (ESCR), fluage, relaxation ou traction uniaxiale a été étudié systématiquement. La mesure du taux de déformation naturel en traction uniaxiale, qui représente la déformabilité du réseau macromoléculaire, s'est avérée capable de discriminer les matériaux par ailleurs très proches en terme de propriétés physiques. Enfin, la mise en place d’un dispositif de fluage in situ sur le banc de diffusion des rayons X du laboratoire a permis de suivre l'évolution de la microstructure sous charge. Il a découlé que les résultats mécaniques trouvent leur origine dans la construction de la topologie moléculaire lors de la cristallisation, qui détermine la densité de molécules de liaison dans le matériau solide. Cette édification est étroitement liée à l'architecture moléculaire issue de la synthèse.


  • Résumé

    On account of their excellent mechanical properties, last generation HDPE cannot be discriminate with common time life tests, which governs the processing. The two objectives of this thesis are, on the one hand, the understanding of this behaviour and, on the other hand, the establishment of a short time mechanical test that enables to classify the largest resin panel. This work deals with an analysis of the mechanical properties in relation with the microstructure and the molecular architecture of PE from 4 catalyse types. The aim is to determine the influence of every molecular parameter on long term properties for a ‘‘fuel tank” application. The analysis of structural properties at different scale levels using density measurement, GPC, MNR or DSC reveals the impact of catalysis on every parameter. Environmental Stress Cracking Resistance (ESCR), creep, relaxation or uniaxiale tensile, have been investigated. Demonstration is made that the natural draw ratio, that represents the extensibility of the macromolecular network, is able to discriminate materials with very close physical properties. Finally, the microstructure evolution under load was studied using a creep device coupled with SAXS. The results show that mechanical behaviour is deeply connected with the molecular topology that builds up during crystallization. This topology that includes tie molecules and chain entanglement is directly assigned to the molecular architecture resulting from synthesis.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (134 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [119]-127

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2896)
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