Influence of aging on the shape memory effect of polymers / Modeling the shape memory mechanism
Influence du vieillissement sur l'effet mémoire des polymères / Modélisation du mécanisme de mémoire de forme
Résumé
The aim of this thesis is to characterize the Shape Memory Effect (SME) of the (40% PCL/60% SBS) blend and to study the influence of the molecular weight and the physicochemical properties on this SME. Firstly, experimental characterization is performed in order to evaluate the physicochemical, morphological and mechanical properties of the used materials. The (PCL/SBS) blend exhibits a Total SME (TSME) as it recovers 100% of its original shape after one shape memory cycle. The energy stored in the structure acts as the driving force that can be responsible for this SME. Therefore, an original method using a witness is used to establish the stress-strain evolution during recovery. Secondly, to change the molecular weight of PCL in the blend, enzymatic hydrolytic degradation using an Amano Lipase from Pseudomonas fluorescens is carried out. The influence of hydrolysis on the pure PCL properties is evaluated. Then, sampling is carried out and (PCL/SBS) blends with different PCL molecular weights are obtained. Subsequently, these blends are submitted to experimental and shape memory tests to study the relationship between the molecular weight and the SME. The results show that the decrease in the molecular weight causes morphological and structural changes: the increase in stiffness and the embrittlement of the mixture, the decrease in compatibility, the increase in heterogeneity and the loss of thermo-dynamical balance of phases. These changes in the molecular weight and in the properties of blends influence its recovery capacity. The blend with the TSME is transformed to a polymer with partial SME. Finally, a bi-parabolic model is used to predict the viscoelastic behavior of the (40% PCL / 60% SBS) blend before and after its enzymatic hydrolytic aging.
La présente thèse a pour objectif de caractériser l’effet mémoire de forme du mélange (40%PCL/ 60%SBS) et d’étudier l’influence de l’altération de la masse molaire et des propriétés physico-chimiques sur cet EMF. Dans un premier temps, une caractérisation expérimentale a été effectuée afin de déterminer les propriétés physico-chimiques, morphologiques et mécaniques des matériaux d’études. Le mélange (PCL/SBS) présente un EMF total (EMFT) puisqu’il récupère 100% de sa forme initiale après un cycle de mémoire de forme. L’énergie emmagasinée dans la structure agit en tant que la force motrice qui pourrait être responsable de cet EMF. Donc, une méthode originale utilisant un témoin a été proposée afin d’évaluer l’évolution de la contrainte-déformation durant la recouvrance. Dans une deuxième étape, afin de changer la masse molaire du PCL dans le mélange (SBS/PCL), le vieillissement par hydrolyse enzymatique en utilisant une enzyme de type Amano Lipase de Pseudomonas fluorescens a été réalisé. L’effet du vieillissement sur les propriétés du PCL pur a été tout d’abord évalué. Ensuite, l’échantillonnage a été effectué et des mélanges (PCL/SBS) à différentes masses molaires du PCL ont été donc obtenus. Ces mélanges ont été soumis par la suite à des essais de caractérisation et à des essais de mémoire de forme afin d’étudier la relation entre la masse molaire et l’EMF. Les résultats ont montré que la diminution de la masse molaire engendre des changements morphologiques et structuraux, l’augmentation de la rigidité et la fragilisation du mélange, la diminution de la compatibilité, l’augmentation de l’hétérogénéité et la perte de l’équilibre thermodynamique des phases. Ces changements de la masse molaire et donc des propriétés du mélange ont altéré sa capacité de recouvrance. Le mélange initialement à EMFT (Rr =100%) devient à EMF partiel EMFP (Rr=50%). Dans une dernière étape, un modèle biparabolique a été employé pour la prédiction du comportement viscoélastique du mélange (40%PCL/60%SBS) avant et après son vieillissement par hydrolyse enzymatique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)