Induced morphologies in injection moulded parts of polyolefine
Morphologies induites dans les pieces en polyolefine moulees par injection
Résumé
Research works attempt today to predict the mechanical properties induced by processing of semi-crystalline polymers using the mechanics of heterogeneous media. But the use of these micromechanical models requires a dimensional description of crystalline morphology, as much at the lamellar level as in the higher scale of the induced crystalline macrostructures. In this scientific context, this work gave for objective to finely characterize the morphologies which could be found through the thickness of injection moulded plates of polypropylene and linear polyethylene, and to determine the influence of some processing parameters on these morphologies. The orientation functions of the different crystallographic axes were determined by infrared dichroism and WAXS pole figures obtained with rotating anode generated beam and synchrotron micro-beam. The lamellar distribution and dimensions were determined by SAXS. Finally, the crystalline structures size was characterized by polarized light optical microscopy. The whole of the results was used to generate morphological models through the thickness of the injection moulded plates. Complex morphological structures, induced by deformation, were found: shish-kebabs with epitaxial grow of daughter lamellae for PP and with twisted to right lamellae for HDPE. More generally, the orientation of the amorphous phase is low and the anisotropy of the mechanical properties of polyolefins is controlled by the high orientation of the crystalline phase. The plate thickness and the polymer molecular weight have a strong influence on the molecular orientation and on the obtained crystalline morphologies, whereas the injection speed determines the thickness of the various morphological layers through the thickness, without appreciably modifying neither the molecular orientation levels, nor the lamellar dimensions.
Des travaux de recherche tentent aujourd'hui de prédire les propriétés mécaniques des polymères semi-cristallins induites par leur mise en forme à l'aide de la mécanique des milieux hétérogènes. Mais l'utilisation de ces modèles micromécaniques nécessite une description dimensionnelle de la morphologie cristalline, aussi bien au niveau lamellaire qu'à l'échelle supérieure des macrostructures cristallines induites. Dans ce contexte scientifique, ce travail de thèse s'est donné pour objectif de caractériser finement les différentes morphologies que l'on peut rencontrer dans l'épaisseur des polypropylène et polyéthylène linéaire injectés, et de déterminer l'influence de certaines conditions de mise en œuvre sur ces morphologies. Les fonctions d'orientation des différents axes cristallographiques ont été déterminées par dichroïsme infrarouge et à partir de figures de pôle obtenues par WAXS sous anode tournante et sous microfaisceau synchrotron. La répartition des amas lamellaires et leurs dimensions ont été déterminées par SAXS. Finalement, la taille des structures cristallines a été caractérisée par microscopie optique en lumière polarisée. L'ensemble des résultats a été utilisé pour générer des modèles morphologiques à travers l'épaisseur des plaques injectées. Des structures morphologiques complexes, induites par la déformation, ont été mis en évidence: des shish-kebabs avec des lamelles filles qui croissent de façon épitaxiale pour le PP, et avec des lamelles torsadées à droites pour le PEhd. Plus généralement, l'orientation de la phase amorphe est faible et l'anisotropie des propriétés mécaniques des polyoléfines est gouvernée par l'orientation élevée de la phase cristalline. L'épaisseur des plaques et la masse molaire du polymère ont une forte influence sur l'orientation moléculaire et les morphologies cristallines obtenues, alors que la vitesse d'injection détermine l'épaisseur des différentes couches morphologiques au travers de l'épaisseur, sans modifier sensiblement ni les niveaux d'orientation moléculaire ni les dimensions lamellaires.
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