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Promo 2019 EEIGM – 3A – Q1 PHYSIQUE DES POLYMÈRES 1 TABLE DES MATIÈRES Chapitre

Promo 2019 EEIGM – 3A – Q1 PHYSIQUE DES POLYMÈRES 1 TABLE DES MATIÈRES Chapitre 1 : Introduction........................................................................................................................................ 8 ① Qu’est-ce qu’un polymère ?................................................................................................................8 ② Donnez-en deux avantages et inconvénients..............................................................................8 ③ Quelles sont les types de liaisons présentes dans les polymères ?.....................................8 ④ Comment obtient-on des polymères ?...........................................................................................9 ⑤ Pourquoi les appelle-t-on plastiques ?...........................................................................................9 ⑥ Comment caractérise-t-on un polymère ?....................................................................................9 ⑦ Quels sont les différents types de masse ?.................................................................................10 ⑧ Donner le processus pour passer du polymère à l’objet.......................................................11 ⑨ Qu’est-ce que la transition vitreuse ?...........................................................................................11 ⑩ Quelles sont les températures caractéristiques des polymères ?.......................................11 ⑪ Quels sont les différents types de classification d’un polymère ?.....................................12 ⑫ Qu’est ce qui définit l’aptitude à cristalliser d’un polymère ?..............................................12 ⑬ Qu’est-ce qu’un thermoplastique ?...............................................................................................12 ⑭ Qu’est-ce qu’un thermodurcissable ?...........................................................................................13 ⑮ Qu’est-ce qu’un élastomère ?..........................................................................................................13 ⑯ Donner la taille et le nom des entités cristallisées d’un polymère....................................13 ⑰ Qu’est-ce que la tacticité d’un polymère ?.................................................................................14 ⑱ Donner des exemples de conformation d’un polymère........................................................15 ⑲ Donner une définition précise de la transition vitreuse : ne pas confondre avec Tfus et Tg 15 ⑳ Quel est le meilleur compromis à obtenir pour une mise en œuvre optimale en termes de Mn, de viscosité et de Dpn ?....................................................................................................15 Chapitre 2 : Cohésion à l’état solide, module élastique...........................................................................15 ① Quelle est l’origine énergétique du module à T<Tg ?..........................................................15 ② Comment se déforme une liaison covalente sous l’effet d’une force ?...........................16 2 ③ Donner la loi de Hooke...................................................................................................................... 16 ④ Donner une relation entre ν, ν, k et M pour une liaison covalente ?...............................17 ⑤ Qu’est-ce que la spectroscopie IR, que peut-on déduire d’un spectre ?........................17 ⑥ Quel est l’ordre de grandeur du module le long de l’axe des chaines du polymère ? 17 ⑦ Quel est l’ordre de grandeur du module au niveau des liaisons faibles du matériau ? 17 ⑧ Comment évolue le module selon T pour T<Tg ?..................................................................17 ⑨ Qu’est-ce qu’un nœud de réticulation chimique ?..................................................................18 ⑩ Qu’est-ce qu’un nœud de réticulation physique ?..................................................................18 ⑪ Qu’est-ce qu’un enchevêtrement ?................................................................................................18 Chapitre 3 : Elastomères et élasticité entropique.......................................................................................18 ① Comment évolue E quand T augmente ? Pourquoi ? Quelle expérience le décrit bien ? 18 ② Donner la loi de Boltzmann..............................................................................................................18 ③ Que sont Mc, Me et Mcr..................................................................................................................18 ④ Quelle est la relation entre Mcr et Me ?.....................................................................................18 ⑤ Quelle est la relation entre le plateau caoutchoutique et Mcr et Mc ?.........................19 ⑥ Quelle expérience permet de décrire le comportement de E au niveau du plateau caoutchoutique ?................................................................................................................................................ 19 ⑦ Dessiner la courbe de log G ' du PMMA à 1 Hz en fonction de T......................................20 ⑧ Quelles sont les 3 phases du graphique ?...................................................................................20 ⑨ Localiser sur le graphique Mcr.......................................................................................................21 Chapitre 4 : La transition vitreuse.....................................................................................................................21 ① Quel est l’effet de la rigidité de la chaîne principale sur Tg ?..............................................21 ② Quel est l’effet de la rigidité des groupements latéraux sur Tg ?......................................22 ③ Quel est l’effet de la flexibilité des chaines latérales sur Tg ?..............................................22 ④ Quel est l’effet de la polarité sur Tg ?...........................................................................................23 ⑤ Quel est l’effet de l’isomérisme sur Tg ?......................................................................................23 ⑥ Quel est l’effet de la tacticité sur Tg ?..........................................................................................24 ⑦ Quel est l’effet de la masse molaire sur Tg ?.............................................................................24 3 ⑧ Savoir écrire la loi d’évolution de Tg d’un polymère en fonction de sa masse molaire moyenne en nombre......................................................................................................................................... 25 ⑨ Quel est l’effet de la cristallinité sur Tg ?.....................................................................................25 ⑩ Savoir expliquer ce qu’est un plastifiant, son rôle et quelle est son influence sur Tg ? 26 ⑪ Donner la loi des mélanges pour trouver la Tg d’un copolymère à partir de deux homopolymères 1 et 2 miscibles de transitions vitreuses Tg1 et Tg2 et de fractions massiques w1 et w2........................................................................................................................................... 26 ⑫ Citer les cinq techniques principales qui permettent de détecter Tg...............................27 ⑬ Expliquer brièvement le principe pour chacune de ces 5 techniques..............................27 ⑭ Expliquer comment se fait la détection de Tg par chacune de ces 5 techniques........29 ⑮ Quel est le paramètre qui change le plus lors du passage de Tg ?...................................30 ⑯ Comment est le changement de comportement au passage de la transition vitreuse pour un polymère amorphe comparé à celui d’un polymère semi-cristallin ?...........................30 Chapitre 5 : La mobilité moléculaire................................................................................................................30 ① Quels sont les types de mouvements possibles donnant lieu à des relaxations secondaires, donnez des exemples.............................................................................................................30 ② Quels sont les types de mouvements possibles donnant lieu à des relaxations primaires (principales), donnez l’exemple le plus connu....................................................................31 ③ Donner les relations liant les grandeurs mécaniques pour un comportement élastique et visqueux dans un polymère...................................................................................................31 ④ Quels sont les mécanismes à l’échelle microscopique à l’origine d’un comportement viscoélastique pour un polymère ? Expliquer en donnant comme exemple la courbe d’évolution du log G’ en fonction de la température pour le PMMA à 1 Hz..............................31 ⑤ Qu’est-ce qu’une carte de relaxation ? Expliquez comment elle est construite. Que peut-on déduire à partir d’un tel diagramme?.......................................................................................31 ⑥ Décrivez une expérience qui montre que le module d’un polymère dépend de la température de l’essai...................................................................................................................................... 32 ⑦ Qu’est ce que la rhéologie ? Comment peut-on modéliser un polymère à l’aide de modèles rhéologiques ?................................................................................................................................... 32 ⑧ Donner l’expression de l’équivalence temps-température. A quoi cette équivalence peut-elle servir ?................................................................................................................................................. 32 ⑨ Qu’est-ce qu’une courbe maitresse ? Expliquer son utilité et sa construction ?..........32 4 ⑩ Qu’est-ce que le principe de superposition de Boltzmann ?...............................................32 ⑪ Citer toutes les techniques expérimentales qui permettent d’étudier la viscoélasticité des polymères...................................................................................................................................................... 32 ⑫ Expliquer le principe des techniques viscosimétriques..........................................................32 ⑬ Expliquer le principe des techniques d’analyse mécanique dynamique.........................33 ⑭ Expliquer le principe des techniques d’analyse diélectrique dynamique........................33 ⑮ Comparer DMA et DRS, quels sont les avantages et les inconvénients de chaque technique pour l’étude de la mobilité moléculaire dans les polymères ?....................................33 ⑯ Etude cas : résine polyépoxyde non irradiée et irradiée. Décrivez ce qui se passe et les conclusions les plus importantes déduites de l’étude de la mobilité moléculaire.............33 ⑰ Etude cas : élastomère de type EPDM non irradié et irradié. Quel est l’impact de l’irradiation sur la mobilité moléculaire ?..................................................................................................33 ⑱ Pourquoi les polymères présentent plus d’effets viscoélastiques que les autres matériaux ?............................................................................................................................................................ 33 ⑲ A quoi sert l’étude de la viscoélasticité et de la mobilité moléculaire (par analyse dynamique mécanique et diélectrique) pour les polymères ?..........................................................33 ⑳ Savoir comparer DMA et DRS..........................................................................................................34 21 Savoir expliquer dans les deux cas vus en cours ce qui se passe en termes de mobilité moléculaire, par quelles techniques et pourquoi cette évolution a pu être montrée. 34 22 Ecrire les expressions des modules mécaniques et diélectriques E*, \epsillon* et M*. 34 23 Que vaut tan \delta par DMA et par DRS ?................................................................................34 24 Tracer les courbes tan \delta et E’ = f(T) en DMA et tan \delta et \epsillon’ = f(T) en DRS pour une fréquence et pour la relaxation alpha...........................................................................34 25 Qu’est-ce qu’une carte de relaxation, comment est-elle construite, à quoi sert-elle ? 34 26 Etude de cas Epoxy : combien de relaxations y a-t-il, à quoi sont-elles dues ? De quel type de vieillissement s’agit-il ? Que fait ce vieillissement sur T\alpha ? sur la mobilité moléculaire ? Quelle technique d’analyse a été utilisée pour monter ce phénomène ?........35 27 Etude de cas EPDM : mêmes questions : combien de relaxations y a-t-il, à quoi sont- elles dues ? De quel type de vieillissement s’agit-il ? Que fait ce vieillissement sur T\alpha ? 5 sur la mobilité moléculaire ? Quelle technique d’analyse a été utilisée pour monter ce phénomène ? Pourquoi l’amplitude de T\alpha augmente ?............................................................35 Chapitre 6 : Polymères semi-cristallins...........................................................................................................35 ① Qu’apportent les cristallites/sphérolites dans un polymère (propriétés mécaniques et optiques) ?............................................................................................................................................................ 35 ② Est-ce que l’on peut dire qu’un polymère semi-cristallin a un taux de cristallinité fixe et définitif ? Sinon pourquoi ?....................................................................................................................... 35 ③ Est-ce que tous les polymères peuvent cristalliser ? Sinon pourquoi ?...........................36 ④ Quels sont les caractéristiques des polymères qui peuvent être à la fois de morphologie amorphe et cristalline ? Citez des exemples.................................................................36 ⑤ Quel est l’aspect d’un monocristal de polymère issu d’une cristallisation par évaporation de solvant (exemple : le polyéthylène) ?..........................................................................36 ⑥ Quel est la caractéristique particulière d’un sphérolite de polyéthylène issu d’une cristallisation à partir du fondu ?..................................................................................................................36 ⑦ Quelle est la différence entre la morphologie fibrillaire et sphérolitique, quelles sont leurs origines ?.................................................................................................................................................... 36 ⑧ Donner la définition de la longue période en fonction de l’épaisseur de l’espace interlamellaire amorphe et de la lamelle cristalline..............................................................................36 ⑨ Donner les noms des trois étapes principales de la cristallisation des polymères semi-cristallins..................................................................................................................................................... 36 ⑩ Comment varie I (vitesse de croissance) et u (vitesse de germination) en fonction de la température ?.................................................................................................................................................. 37 ⑪ Donner la relation entre l’épaisseur des cristallites, l’énergie de surface, la température de fusion, la variation de température et la variation de l’enthalpie de fusion ? 37 ⑫ Comment varie la vitesse de cristallisation en fonction de la température ?................37 ⑬ Dessiner les sphérolites de polybutène cristallisés de façon isotherme à 90°C et à 60°C. Ont-ils la même taille ?......................................................................................................................... 37 ⑭ Ecrire et expliquer à quoi sert la loi d’Avrami............................................................................37 ⑮ uploads/s3/ ismail-mbarki.pdf