Cette thématique porte sur les procédés réactifs et non réactifs et vise à prédire la microstructure des polymères en fonction des conditions du procédé d'élaboration. Nous nous intéressons en particulier aux phénomènes liés à la fusion et la coalescence des thermoplastiques, à la cristallisation des polymères à partir de l'état fondu et à la cuisson des matériaux thermodurcissables. 

 

1. Optimisation de la cristallisation par le procédé

En lien avec l'utilisation des polymères aromatiques pour comme matrice thermoplastique pour des matériaux composites (par exemple le PEKK), nous travaillons également aux mécanismes et à la cinétique de cristallisation de ces polymères, cette dernière pilotant les propriétés mécaniques des matériaux. 

                                                                                      cristallization du PEKK   

Thermogrammes DSC d'un PEKK cristallisé à 200°C et analyse du mécanisme de cristallisation (a) et diagramme Temps-Température-Transformation pour le taux de cristallisation relative (b).

 

La maitrise des condition de cristallisation nous permet également de contrôler à façon (vitesse de refroidissement et températures de cristallisation isotherme) l'apparition de la Phase Amorphe Rigide formée à l'interface entre la phase amorphe (mobile) et la phase cristalline. La présence de cette phase amorphe rigide peut en effet avoir des conséquences sur les propriétés macroscopiques (propriétés mécaniques et barrière).   

                                                                                             crystall PLA

                           Clichés MEB du de sphérolites de PLA et schématisation de la Phase Amorphe Rigide (qui induit des pertes des propriétés barrières au gaz dans le cas des PLA).

 

2. Modélisation écoulements

Dans le cas spécifique de la fabrication additive (soudage laser) et du frittage sous haute pression de particules de polymères, la densification et l'emprisonnement d'air pilotent les propriétés mécaniques. Il est alors crucial de prédire la coalescence des particules et la diffusion des macromolécules à l'interface à partir de la rhéologie de la matière. Nous développons également des simulations par C-NEM pour prédire les phénomènes thermiques associés. 

                                                                               coalescence peek           

                                       Coalescence de particules de 20 µm (gauche) et simulation par C-NEM du profil de température dans des particules de PEEK lors d'un frittage laser (5 W à 0,5 m s-1).

 

Assez récemment, en lien avec les préoccupations portant sur le recyclage des mélanges de polymères, nous avons également entrepris d'élargir ces études au cas des mélanges de polymères, en développant des méthodes de simulations basées sur la miscibilité, la rhéologie et la tension interfaciale.

 

                                                                                                        PMMA PVDF sintering

                                                                                                                            Coalescence de mélange PVDF/PMMA.

 

Dans les cas des procédés réactifs, nous développons également des couplant thermique, cinétique de polymérisation et rhéologie permettant de prédire la cuisson des thermodurs.

                                                                                                                  reactive rotomolding

                                                                                        Simulation du rotomoulage réactif par la méthode SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)

Finalement, plusieurs instabilités apparaissent lors de procédés et des écoulements de polymères. Ces instabilités peuvent être le résultat de forces inertielles ou capillaires et dépendent des propriétés viscoélastiques des solutions de polymères. L'image animée montre l'évolution dans le temps de l'étirement d'une solution aqueuse de polymère à forte masse poids moléculaire, PEO (oxyde de polyéthylène) à 1 000 ppm. Le diamètre de la goutte finale est de 300 micromètres.

                                                                                                                                                Viscoelastic instabilities in EPO

                                                                                                               Instabilités viscoélastiques d'une solution aqueuse de PEO