Linear and non linear mechanical properties of miscible polymer blends near glass transition
Mécanique linéaire et non linéaire des mélanges de polymères miscibles autour de la transition vitreuse
Résumé
Miscible polymer blends of Polybutadiene (PB) and Styrene Butadiene Rubber (SBR) are studied in order to relate their microscopic structure to their macroscopic linear and nonlinear mechanical properties. The dynamic heterogeneities of polymer blends are particularly strong at the length scale of segmental movement associated to the alpha-relaxation (~1nm). It is neither obvious in our blend system in larger length scale involved in rubber elasticity (~10nm), nor in smaller length scale of localized motions controlling the beta-relaxation (<1nm). We assume that a blend can be considered as an ensemble of domains of various local glass transition temperatures. Using calorimetric data, with or without aging, we probe the distribution of glass transition temperature P(Tg) of miscible polymer blends. Using self-consistent averaging method inspired by the Olroyd-Palierne model, we predict quantitatively, with no adjustable parameter, the linear viscoelastic spectrum of our blends from that of pure polymers and the Tg distribution obtained by calorimetry. This quantitative prediction confirms thus the assumption that mechanically, a blend can be considered as an ensemble of domains each of which having a different glass transition temperature. The nonlinear mechanical properties are studied. As the system approaches glass transition, the entanglement slipping is greatly reduced due to appearance of glassy domains that immobilize the chains. Plasticity begins to be dominant as the system goes deeper into the glass transition zone, and the structural nonlinearity is the most strong when there is a percolation of glassy domains.
Des mélanges de polymères miscibles de Polybutadiène (PB) et Polystyrène Butadiène (SBR) sont étudiés afin de mettre en relation leur structure microscopique avec leur comportement mécanique macroscopique dans les domaines linéaire et non linéaire. Les hétérogénéités dynamiques existent dans ces mélanges. Elles sont particulièrement visibles aux échelles de longueur associées aux modes de relaxation alpha (~1nm). Mais elles ne sont observées ni sur des échelles plus grandes associées à l'élasticité caoutchoutique (~10nm), ni sur des échelles plus petites associées aux modes de relaxation beta (<1nm). On suppose qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. La distribution de la température de transition vitreuse P(Tg) est déterminé via des mesures calorimétrique avec ou sans vieillissement physique. Avec le modèle de champs moyen auto cohérent d'Olroyd-Palierne, on peut prévoir quantitativement les spectres viscoélastiques linéaires des mélanges à partir de ceux des homopolymères et des données calorimétriques, sans paramètre ajustable. Cela confirme l'hypothèse qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. Les propriétés mécaniques non linéaires sont aussi étudiées. Les glissements d'enchevêtrement sont immobilisés par des zones vitreuses quand la transition vitreuse s'approche. La plasticité commence et les non linéarités structurales deviennent les plus importantes quand il y a la percolation des zones vitreuses.
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