Morphologie de mélanges semi-cristallins PEKK/PEI et modélisation de leurs propriétés mécaniques

Nous étudions la réponse mécanique des chaines polymères amorphes dans leur transition vitreuse en combinant des expériences sur des matériaux réels amorphes et semi-cristallins et des approches numériques qui tiennent compte du désordre dynamique intrinsèque à ces systèmes. Tout d’abord, nous analysons la réponse faiblement non-linéaire d’un matériau polymère totalement amorphe, le PMMA. En comparant les réponses non linéaire et linéaire, nous montrons que la loi d’accélération des temps de relaxation du matériau sous l’effet de la contrainte est différente à l’échelle locale de celle mesurée à l’échelle macroscopique. Ces changements sont pilotés par le désordre dynamique intrinsèque au matériau près de Tg. A partir de nos expériences, nous montrons que la fonction d’accélération macroscopique suit une loi d’échelle qui met en jeu des exposants nouveaux qui est décrite par notre approche numérique. Nous identifions ainsi la loi d’accélération locale valable dans ce système et en déduisons une estimation de la taille des hétérogénéités dynamiques. Ensuite, nous étudions la réponse mécanique de mélanges semi-cristallins PEKK/PEI dans leur transition vitreuse. Tout d’abord, nous caractérisons les propriétés dynamiques des chaines polymères dans les deux phases amorphes interlamellaires et interfibrillaire présentes dans ces matériaux. La dynamique des chaînes résulte de deux effets, d’une part le confinement des chaines et d’autre part les fluctuations de compositions au sein des phases amorphes. En analysant les mesures DSC, nous identifions quantitativement dans chacune des phases amorphes la distribution en composition ainsi que le poids du confinement sur la dynamique des chaines. Ces analyses permettent en outre d’identifier proprement l’épaisseur moyenne des lamelles cristallines et amorphes interlamellaires mesurées par SAXS. Nous développons ensuite un modèle mécanique multi-échelles qui inclut d’une part les propriétés dynamiques des chaînes dans les deux types de phase amorphe et d’autre part la morphologie et l’arrangement des phases. Nous montrons que la connectivité entre les domaines cristallins est cruciale pour en modéliser la mécanique. Nous donnons des règles pour estimer l'effet de la connectivité entre les lamelles au sein des empilements lamellaires et entre ces empilements sur la réponse mécanique.