Transcript Etat Solide Introduction

IUPAC
Polymères à l'état solide
Etat solide
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IUPAC
PLAN GENERAL
1. Introduction générale
2. État vitreux
3. État cristallin
4. État caoutchoutique. Élastomères
Etat solide
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IUPAC
Ouvrages de référence
• Initiation à la chimie et à la physico-chimie des
polymères GFP
Volumes 2, 8 (méthodes de caractérisation structurale),
10 et 17
• Introduction to polymers
R.J. Young P.A. Lovell
Chapman & Hall
• Traité des matériaux
Presses polytechniques et universitaires romandes
Volumes 1 et 14
Etat solide
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IUPAC
Ouvrages de référence (suite)
• De la macromolécule au matériau polymère
J. L Halary, F. Lauprêtre
Belin
• Voyage au cœur de la matière plastique
A. Boudet
CNRS Éditions
• Physique des polymères tome I
P. Combette, I. Ernoult
Hermann Éditeurs
Etat solide
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IUPAC
Ouvrages de référence (suite)
• Introduction à la physique des polymères
S. Etienne, L. David
Dunod
• Introduction to Physical Polymer Science
L.H. Sperling
Wiley 2006
• Atlas of polymer morphology
A. E. Woodward
C. Hanser Publishers 1989
Etat solide
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IUPAC
1. Introduction générale
1.1. Matériaux
1.2. Considérations générales sur l'état solide
1.3. État caoutchoutique
1.4. Matériaux semicristallins
1.5. Systèmes mono / multiphasés
1. Introduction générale
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IUPAC
1. Introduction générale
1.1. Matériaux
Définition :
matériau
→ matière + fonction
Matériau = matière qui sert à fabriquer les objets utiles
à l'humanité
1. Introduction générale
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IUPAC
Remarque : ne pas confondre le matériau et l'outil
cuir
fibre végétale
bois
pierre
os
corne
1. Introduction générale
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IUPAC
Surtout à l'état solide (liquide ou gaz pour mise en forme)
Exceptions : • liquides dans les thermomètres
• cristaux liquides (afficheurs)
• gaz dans les tubes lumineux ("néon")
•
1. Introduction générale
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IUPAC
1.2. Considérations générales sur l'état solide
solidification
→
Solide
Liquide
T
→
liquéfaction
Phases condensées
(molécules au contact)
1. Introduction générale
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IUPAC
Mobilité
Solide
Liquide
faible
(vibrations)
élevée
voisinage fixe
renouvellement
du voisinage
garde sa forme
coule
(échelle moléculaire)
1. Introduction générale
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IUPAC
Solide
Ordonné
Ordre
Liquide
/ désordonné
(amorphe)
désordonné
(ordre local)
cristal
verre
(moléculaire)
ordre à grande
distance
ordre local
ordre périodique
1. Introduction générale
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IUPAC
Fonctions de distribution radiale :
probabilité de trouver une molécule à la distance d
Gaz
P(d)
1
0
d0
dm
1. Introduction générale
d
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IUPAC
Cristal
P(d)
1
0
a
a 2 a 3
d
Liquide ou
verre
P(d)
1
0
d
a
1. Introduction générale
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IUPAC
CRISTAL :
fusion
cristal
Tf
liquide
T
Tc
cristallisation
VERRE :
liquéfaction
verre
Tg
liquide
T
vitrification
Transition vitreuse
1. Introduction générale
15
IUPAC
Comparaison cristal / verre
Cristal
Verre
ordre
désordre
anisotrope
isotrope
densité cristal > densité verre
cohésion cristal > cohésion verre
1. Introduction générale
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IUPAC
1. Introduction générale
17
IUPAC
1. Introduction générale
18
Ordre et désordre dans les polymères révélés par
diffraction des rayons X
Polymère (semi)cristallin
IUPAC
Polymère amorphe
1. Introduction générale
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IUPAC
Comparaison fusion - cristallisation / transition vitreuse
• Température :
Fusion / Cristallisation : Tf / Tc → bien définie (0,1 °C)
Transition vitreuse : Tg → mal définie (5 °C)
• Thermique :
Fusion → endothermique
Cristallisation → exothermique
Transition vitreuse → changement de capacité calorifique
• Volume :
figure
1. Introduction générale
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IUPAC
V
liquide
liquide surfondu
verre
cristal
Tg' Tg
Tc
1. Introduction générale
T
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IUPAC
1.3. État caoutchoutique
Particularité des matériaux macromoléculaires
verre
état caoutchoutique
liquide vrai
T
Tg
zone d'écoulement
État caoutchoutique
mobilité locale du liquide
absence d'écoulement
enchevêtrements
1. Introduction générale
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IUPAC
T
Liquide visqueux
État caoutchoutique
Transition vitreuse
Solide vitreux
M
Me
1. Introduction générale
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IUPAC
1.4. Matériaux semicristallins
cristal et verre cœxistent
cristal
+ liquide
cristal
+ verre
liquide
T
Tf
Tg
Tg < Tf
cohésion verre < cohésion cristal
Exemple : PE
Tg = -100°C
Tf = + 130°C
1. Introduction générale
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IUPAC
Paramètre fondamental dans les matériaux semicristallins :
taux de cristallinité 
défini en masse ou en volume
 a une très forte influence sur les propriétés
Exemples : transparence, propriétés mécaniques
1. Introduction générale
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IUPAC
Contrainte (kg/m2)
L
300
T
200
200
L
PEHD
T
PEBD
100
100
500
1000
500
1000
Allongement (%)
1. Introduction générale
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IUPAC
Gamme de variation de  :
Sur l'ensemble des polymères :
0 <  (%) < 100
toujours inférieur à 100 %
• Certains polymères ne peuvent pas cristalliser :  = 0
transparents, ex. PMMA, PS, PC
• Certains polymères peuvent cristalliser :
 dépend des conditions de cristallisation
refroidissement rapide  faible
refroidissement lent  élevé
1. Introduction générale
ex. PET
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IUPAC
1.5. Systèmes mono / multiphasés
• Matériaux polymères monophasés
Polymère pur + additifs de formulation = matière
plastique
homopolymère
copolymère statistique
• Matériaux polymères multiphasés
polymère - polymère
Systèmes composites
polymère – phase minérale
1. Introduction générale
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IUPAC
Remarque :
non réticulé
thermoplastique
réticulé
thermodurci
polymère
1. Introduction générale
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