Impact de la déformation sur la mobilité moléculaire des polymères amorphes

Impact of deformation on molecular mobility in amorphous polymers

• Auteur / Autrice : Etienne Munch
• Direction : Jean-Marc Pelletier, Bruno Sixou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Neutrons -- Diffusion

Rayons X -- Diffusion

Spectroscopie

Thermoplastiques

Polymères amorphes

Résumé

Il existe un lien étroit entre la mobilité moléculaire et les propriétés structurales des polymères amorphes. Pour mieux comprendre les relations entre les propriétés mécaniques macroscopiques et les mouvements atomiques et moléculaires à l'échelle locale, cette étude cherche à déterminer l'impact sur la mobilité moléculaire d'une modification de la microstructure au moyen de différents modes de déformation. La modification de la microstructure est effectuée par le biais d'une sollicitation uniaxiale d'un élastomère thermoplastique réticulé dans son état d'équilibre thermodynamique au-dessus de sa température de transition vitreuse (Tg) et au moyen d'un essai de compression en déformation plane d'un thermoplastique dans son état vitreux. L'effet sur la mobilité moléculaire de ces déformations de part et d'autre de la zone de transition vitreuse des systèmes est testé par des techniques à différentes échelles (DMA, SAXS, Diffusion des neutrons) auxquelles s'ajoutent des calculs de simulation par dynamique moléculaire. Il apparaît que l'étirement au-dessus de Tg induit un alignement des chaînes sans modification significative de leur densité d'arrangement. Cette modification d'entropie de conformation n'a pas d'influence sur la mobilité moléculaire à l'échelle macroscopique mais favorise localement un certain nombre de mouvements à haute fréquence (librations) au dépend des transitions de conformation. La déformation dans l'état vitreux pour sa part induit une modification du paysage énergétique du système, qui s'accompagne par une forte augmentation de la mobilité moléculaire et le développement de zones localisées à haute mobilité qu'il est possible de mettre en parallèle avec une augmentation des fluctuations de densité électroniques.

A strong link between molecular mobility and structural properties in amorphous polymers. This study try to determine the impact of molecular mobility of microstructure modifications induced by several deformation modes. In order to understand the links between macroscopic mechanical properties and molecular and atomic motions at a local scale. Microstructure modifications are achieved by a uniaxial elongation of an elastomer above its glass transition temperature (Tg) in an thermodynamic equilibrium state and by a plain strain compression tests of a thermoplastic in the glassy state. The impact on molecular mobility of these deformations below and above Tg is tested by different experimental techniques at various scales (DMA, SAXS, Neutron scattering) and molecular dynamic simulations. It appears that stretching above Tg induced an alignment of macromolecules without significant changes in packing density. This modification of the conformation entropy has no influence mobility at a macroscopic scale, but promote high frequency movements (librations) at the expense of conformation transitions. The deformation in the glassy state induce a modification of the energy landscale of the system. The leads to a drastic increase in the molecular mobility of the system and to the development of shear induce high mobility zones. It is possible to correlate these zones with electronic density fluctuations.