Lors de la caractérisation d’un polymère, plusieurs informations doivent être déterminées. Nous avons vu dans les articles « Comment caractériser la nature chimique des polymères » et « Comment caractériser la chaine d’un polymère », les techniques utilisées pour ces caractérisations. La connaissance des propriétés thermiques des polymères solide est importante, car en relation directe avec les caractéristiques mécaniques des matériaux.

Quel est l’intérêt de déterminer les températures de transition des polymères ?

Les polymères solides existent sous trois états distincts :

  • L’état amorphe : correspond à l’enchevêtrement désordonné des chaines polymères
  • L’état cristallin : l’arrangement des chaines polymères est ordonné, il se concrétise par la formation de monocristaux de petites dimensions
  • L’état semi-cristallin : résulte de la conjugaison des deux états précédents

Lors d’un changement de température, les matériaux polymères passent par plusieurs états physiques : caoutchouteux, vitreux ou liquide visqueux. En fonction de l’utilisation du matériau ou du procédé de mise en œuvre sélectionné, il est préférable de connaitre les températures auxquelles ont lieu ces changements de phases. De plus, la mise évidence des températures de transition permet de déterminer l’état structurel du polymère. En effet, les matériaux cristallins et semi-cristallins présentent une température de fusion. Tandis que, les matériaux amorphes et semi-cristallins, ont, quant à eux, une température de transition vitreuse (Tg)

Cette température, propre aux polymères, est à l’interface entre les états caoutchoutiques et vitreux. Elle délimite la température minimale d’utilisation d’un élastomère ainsi que la température maximale d’utilisation d’un polymère amorphe à l’état vitreux. De plus, elle indique la  température minimale de mise en forme des matériaux polymères. Elle peut être influencée par la masse molaire du polymère, sa structure moléculaire et l’utilisation de plastifiant.

Quelles techniques analytiques utiliser pour déterminer les températures de transition des matériaux ?

La Calorimétrie à balayage différentiel, ou DSC, est une technique analytique utilisée pour étudier les températures de transition des polymères. Le principe d’utilisation de cet appareil repose sur la comparaison de deux échantillons, l’un contenant le polymère et l’autre non. Les deux échantillons sont chauffés grâce à un four de façon simultané et identique. L’appareil mesure ensuite la différence d’enthalpie entre les deux échantillons. En effet, les changements d’états du polymère se traduisent par des réactions endothermiques ou exothermiques qui peuvent être caractérisées par l’enregistrement de la température en fonction du temps. Par exemple, un pic endothermique correspondra à la fusion d’une phase cristalline.

D’autres techniques peuvent également être utilisées pour la mise en évidence des températures spécifiques des polymères. Par exemple, l’analyse mécanique dynamique (DMA) permet à la fois, de déterminer de façon précise la température de transition vitreuse, ainsi que les modules d’Young (E’) et de Coulomb (G’) et le facteur de perte (tangente delta). Dans le cas où vous souhaiteriez caractériser l’un de vos matériaux, nous vous invitions à vous rapprocher de notre service analytique pour vous aider à choisir la technique analytique la plus pertinente.

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