Calorimétrie rapide à balayage couplée à la micro-diffractionde rayons-X résolue en temps pour étude du phénomène de la réorganisation dans le poly (éther éther cétone)

Fast scanning calorimetry combined with millisecond time-resolved x-ray micro-diffraction to study the reorganization phenomena in poly (ether ether ketone)

• Auteur / Autrice : Mariia Vlasova
• Direction : Dmitri Ivanov, Martin Rosenthal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance le 25/10/2019
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - Institut de Science des Matériaux de Mulhouse - IS2M - UMR7361

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Fusion

Polyéthers

Rayons X -- Diffraction

Calorimétrie différentielle à balayage

Mots clés libres

Micro-diffraction

Calorimétrie ultra-rapide

Polyétheréthercétone (PEEK)

Nanocalorimétrie

Calorimétrie à balayage rapide

Diffraction des rayons X

Micro-diffraction

Ultra-fast calorimetry

Polyetheretherketone (PEEK)

Nanocalorimetry

FSC (Fast-scanning calorimetry)

XRD (X-ray diffraction)

Résumé

L’objectif principal de ce travail fut d’optimiser et de développer une nouvelle approche couplant in situ la microdiffraction des rayons X résolue en temps avec la calorimétrie ultra-rapide sur puce. Ce couplage des deux méthodes a été ensuite appliqué à des études portant sur le comportement de la fusion multimodale d’un polymère à chaîne semi-rigide modèle, le polyétheréthercétone (PEEK).Les résultats sont décrits dans les deux chapitres principaux du manuscrit. Le quatrième chapitre porte sur les développements techniques entrepris pour optimiser les protolcoles experimetaux de la calorimétrie ultra-rapide avec enregistrement simultané de la microdiffraction de rayons X ayant la résolution temporelle de la milliseconde. Dans le cinqième chapitre les résultats et les conclusions concernant le comportement de la double fusion du PEEK sont analysés et résumés. A l'aide de l'approche combinée de la nanocalorimétrie et de la micro-XRD, la signature structurelle de la recristallisation du PEEK pendant le chauffage a été identifiée comme une réduction du paramètre a du réseau lors du début de la transition de fusion finale en effectuant des expériences de chauffage in situ bien en deçà de la vitesse critique de chauffage dérivée des données calorimétriques. Il a été constaté qu'avec l'augmentation de la vitesse de chauffage et l'augmentation de la température de cristallisation, une diminution de la tendance de la recristallisation pouvait être observée. Sur la base de ces résultats, le diagramme de recristallisation du PEEK a été établi en utilisant l’approche combinée pour prédire la vitesse critique de chauffage au-dessus de laquelle la recristallisation est supprimée.

The main objective of this work was to optimize and further develop the recently introduced approach combining millisecond time-resolved X-ray micro-diffraction with in-situ fast chip calorimetry and apply it to studies of the multimodal melting behavior of a semirigid chain polymer, polyetheretherketone (PEEK), as a model system. The results of the work are summarized in two main chapters of the manuscript. Chapter 4 deals with the technical developments and implementations undertaken to optimize and streamline in-situ fast chip calorimetry investigations with simultaneous recording of the structural response using millisecond time resolved X-ray micro-diffraction, while Chapter 5 summarizes the results and conclusions on the PEEK double melting behavior. By means of the combined approach of nanocalorimetry with simultaneous X-ray micro-diffraction the structural signature of the recrystallization of PEEK during heating was identified as a reduction of the lattice a-parameter setting in with the onset of the final melting transition by conducting in-situ heating experiments far below the critical heating rate which was derived from the calorimetrical data. Combining all the experimental data it was found that with the increase of the heating rate as well as with increasing crystallization temperature a decrease of the recrystallization tendency can be observed. Based on these findings, the recrystallization diagram for PEEK, which is useful to predict the critical heating rate above which the recrystallization is suppressed, was drawn using the combined approach.