Cristallisation des polymères semi-cristallins en condition thermique extrême

par Baptiste Pignon

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Didier Delaunay.

Le président du jury était Dominique Gobin.

Le jury était composé de Didier Delaunay, Dominique Gobin, René Fulchiron, Philippe Le Masson, Vincent Sobotka, Laurent Zalewski.

Les rapporteurs étaient René Fulchiron, Philippe Le Masson.


  • Résumé

    La simulation de la mise en forme des thermoplastiques est indispensable pour prédire les retraits et déformations dans une pièce thermoplastique tout en cherchant à optimiser les temps de cycle. Pour cela, il est nécessaire de connaitre précisément les propriétés thermophysiques et la cinétique de cristallisation dans des conditions représentatives de celles rencontrées dans les procédés. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes et des appareils de mesure permettant la caractérisation des thermoplastiques hautes performances dans ces mêmes conditions « extrêmes » ; de pression (200 MPa), de température (400°C) et de vitesses (plusieurs centaines voire plusieurs milliers de Kelvin par minute en refroidissement). Cela passe, d’une part, par l’utilisation de dispositifs commerciaux (DSC, FSC) et d’autre part par le développement de dispositifs originaux associés à des méthodes d’identification. L’étude de la cristallisation du PEEK est présentée sur toute la gamme de température à l’aide d’un nanocalorimètre (FSC). Cet appareil permet de refroidir un échantillon de quelques centaines de nanogrammes jusqu’à 10 000 K/s. Afin de conforter ces résultats, l’étude de la cinétique de cristallisation à basse température est proposée à partir d’un dispositif spécifique instrumenté d’un capteur de flux de chaleur et d’une fibre optique. Cette dernière permet la mesure de la température de surface d’une pièce thermoplastique massive, servant alors à identifier la cinétique. Enfin, l’influence de la pression est étudiée à partir du moule PvT-xT dédié aux thermoplastiques hautes performances. Il s’agit d’un dispositif multifonctionnel qui permet la mesure des diagrammes PvT (Pression – volume spécifique - Température), l’enthalpie de cristallisation, ainsi que l’identification de la cinétique de cristallisation sous pression.


  • Résumé

    The simulation of thermoplastic forming processes is essential to predict shrinkage and warpage in a part while seeking to optimize the cycle time. For this purpose, an accurate knowledge of the thermophysical properties and the crystallization kinetics in conditions representative of the forming processes is required. The aim of this thesis is to develop methods and specific apparatus for the characterization of high performance thermoplastics under these same “extreme” conditions: pressure (200MPa), temperature (400°C) and high cooling rate (several hundreds to thousands Kelvin per minute). It requires, in one hand the use of commercial devices (DSC, FSC) and in the other hand the development of original devices associated to identification methods. The study of the crystallization of PEEK is presented on the whole temperature range with a nanocalorimeter (FSC). This apparatus allows the cooling a sample of few hundred nanograms at 10 000K/s. In order to confirm theses results, the crystallization at low temperature is studied with a specific device instrumented with a heat flux sensor and an optical fibre. This latter allows the surface temperature measurement of a bulk thermoplastic part, which is used to identify the kinetics. Finally, the influence of pressure is studied from PvT-xT device dedicated to high performance polymers. This is a multifunctional apparatus which allows the measurements of PvT diagram (Pressure – specific volume – Temperature), the crystallization enthalpy and the identification of the crystallization kinetics under pressure.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (182 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 18 p.

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