Étude de mélanges de polyéthylènes couvrant une large gamme de taux de cristallinité dans la perspective d'élaboration de matériaux à gradient de propriétés mécaniques

Study of blending of polyethylenes covering a wide range of cristallinity index ln the aim of preparation of materials with a mechanical property gradient

• Auteur / Autrice : Caroline Frédérix
• Direction : Jean-Marc Lefebvre, Roland Séguéla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 10/12/2009
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calorimétrie différentielle à balayage

Matières plastiques -- Extrusion

Catalyseurs métallocènes

Ziegler-Natta, Catalyseurs de

Soudage

Polymères

Alliages de polymères

Structure moléculaire

Propriétés mécaniques

Polyéthylène

Mots clés libres

Séparation de phases

Résumé

L'extrême variété d'architecture moléculaire et de morphologie cristalline du polyéthylène (PE) pennet l'obtention d'une gamme de matériaux aux propriétés très diverses. Des mélanges et assemblages de différents PE ont été réalisés afin de mieux cerner la compatibilité entre les matériaux et I'influence sur les propriétés mécaniques résultantes. Dans cette étude, deux copolymèrcs métallocènes polyéthylènes ultra basse densité (UL) et linéaire basse densité (LL), et un polyéthylène haute densité (HD) issu de la polymérisation Ziegler-Natta ont été utilisés. Les mélanges binaires réalisés par extrusion ont été caractérisés à l'aide de nombreuses techniques expérimentales complémentaires : la rhéologie dynamique afin d'évaluer la miscibilité à l'état fondu, l'analyse thermique pour déterminer le comportement à la fusion et les cinétiques de cristallisation, la microscopie AFM et la diffusion des rayons X pour l'étude morphologique à différents niveaux d'échelle. La séparation de phase semble être un phénomène prédominant pour les espèces étudiées, avec une faible solubilité mutuelle. Il s'avère toutefois qu'une phase semi-cristalline à gradient de composition se développe à l'interface des domaines ségrégés, Du fait de la distribution assez large des unités comonomères au sein de ces matériaux, les chaînes structurellement "cousines" constituent un facteur favorable de miscibilité et de co-cristallisation partielles. L'incidence de cette organisation structurale sur l'efficacité du soudage d'assemblages bicouches a été évaluée par des tests mécaniques.

The extremely large variety of molecular architecture and crystal morphology of polyethylene (PE) materials results in a wide range of properties of these materials. Different types of PE were blended and assembled in the aim to understand their compatibility and the resulting mechanical properties. ln this study, two ethylene-octene copolymers, i.e. an ultra low density polyethylene (UL) and a linear IOl\" density polyethylene (LL) from the metallocene catalysis, and a high density polyethylene (HD) obtained by Ziegler-Natta polymerization, were used. Binary blends were processed by extrusion and characterized by several complementary techniques:dvnamic melt rheology in the aim to study the miscibility in the melt, thermal analysis to determine the melting behavior and the crystallization kinetics, MFA microscopy and X-ray diffusion for the morphology investigation at various scale levels. The phase separation seems to apply to every blend of this study, with a low mutual solubility. However. a semi-crystalline phase with a composition gradient has been shown to occur at the intertàce of the unlike phases. Due to the quite broad distribution of the co-units in the se materials, the presence of structurally similar chains in the components creates an opportunity for partial miscibility and co-crystallization. The incidence of this structural organisation on the efficiency of welding of bilayer assemblies was assessed by mechanical testing.