78 / 95
81
article technique
EuroWire – Juillet 2009
égale à 80 s
-1
. L’on a réussi à comprendre
la relation entre la structure du polymère
et le post-retrait au travers de nombreuses
études menées dans le passé.
La relation entre les propriétés rhéo-
logiques et le retrait post-extrusion peut
être analysée en examinant la viscosité
complexe de ces types de matériaux. Des
expériences ont été réalisées concernant
le balayage en fréquence à 190, 210,
230 et 250°C en utilisant un rhéomètre à
déformation contrôlée du type ARES-LS.
On a utilisé une géométrie à plans
parallèles de 25mm avec une déformation
de 5% - valeur qui est amplement
conforme à la zone viscoélastique linéaire.
La fréquence a été variée de 100rad/s
à 0,01rad/s et les modules de stockage
(élastique) et de perte (visqueux) ainsi
que la viscosité complexe des échantillons
ont été générés en fonction de la
fréquence. Les mesures ont été effectuées
sous convection forcée d’azote pour
minimiser la dégradation. En outre on
a appliqué le principe de superposition
temps-température (TTS) et les courbes
maîtresses ont été générées.
La
Figure 1
illustre la superposition des
courbes maîtresses de chaque échantillon
de PVDF à une température de référence
de 230°C. Le K2750-01 et le K3120-50
représentent les échantillons à viscosité
plus élevée, tandis que le K2500-10 et le
K3120-10 représentent les échantillons à
viscosité plus basse.
En général, le K2500-10 présente les
caractéristiques
rhéologiques
souhai-
tables pour un post-retrait réduit. Une
caractéristique
importante
observée
dans la courbe maîtresse du K2500-10
est représentée par la présence du
plateau newtonien dans la zone de
coupe inférieure. Cette caractéristique est
cohérente avec le concept selon lequel ce
produit offre des caractéristiques de retrait
réduit. Une fois le produit fondu tréfilé, ce
dernier se trouve dans l’état de viscosité à
zéro cisaillement (
zero-shear
).
Les matériaux de PVDF qui présentent
ce plateau newtonien ont tendance à
couler mieux à des taux de cisaillement
inférieurs, en permettant la relaxation
de l’alignement des polymères après
le tréfilage. La présence du plateau
newtonien est considérée comme une
caractéristique importante dans les pro-
duits de PVDF avec des caractéristiques de
post-retrait réduites.
Le K3120-10 est un échantillon comparable
avec une viscosité réduite, mais différent
du K2500-10 du fait de la réponse non
newtonienne à des valeurs de taux de
cisaillement réduits. Il s’ensuit que cette
caractéristique rhéologique entraîne un
retard de la relaxation de l’orientation
moléculaire
après
l’achèvement
de
l’opération de tréfilage avec pour résultat
l’augmentation du post-retrait. Cela a été
confirmé par des expériences successives
de post-retrait.
Pour une meilleure compréhension de
la relation entre la structure et le post-
retrait du PVDF, des expériences ont été
réalisées sur la relaxation des tensions.
L’on peut affirmer qu’un polymère
relâchant rapidement des tensions à l’état
fondu, présente une mineure orientation
polymérique et donc un post-retrait
inférieur. Les expériences concernant la
relaxation des tensions ont été effectuées
en utilisant un rhéomètre à déformation
contrôlée du type ARES-LS, en utilisant
un système à plans parallèles de 25mm.
Un
step strain
de 100% a été appliqué à
des échantillons de PVDF et la décroissance
du module a été enregistrée en fonction
du temps. Les résultats de ces expériences
sont reportés à la
Figure 2
.
Comme prévu, les échantillons avec une
viscosité supérieure comme le K2750-01
et le K3120-50 offrent une réponse à la
relaxation relativement lente, alors que les
échantillons avec une viscosité inférieure
comme le K2500-10 et le K3120-10 don-
nent une réponse à la relaxation rapide.
La réponse à la relaxation rapide pour
ces échantillons à basse viscosité devrait
déterminer un alignement des polymères
réduit dans le produit final. Aux fins du
présent article, on a examiné les temps
de relaxation pour chaque échantillon de
PVDF pour atteindre la valeur arbitraire de
100 Pa. Le
Tableau 2
reporte ces valeurs.
Comme l’on peut remarquer au
Tableau 2
,
la réponse à la relaxation pour le K2500-10
est considérablement supérieure par
rapport à tout autre produit testé. Une
partie significative de ce comportement
peut être attribuée à la structure du
produit. En effectuant une comparaison
entre le K2500-10 et le K3120-10, l’on
remarque que la réponse à la relaxation
pour le K2500-10 (distribution aléatoire
du copolymère) est considérablement
plus rapide que pour le K3120-10
(distribution non aléatoire du copolymère).
La réponse à la relaxation la plus rapide
a été prévue en partant de la courbe
maîtresse (
Figure 1
), qui montrait les
▲
▲
Figure 2
:
Module de relaxation des échantillons de PVDF à 230º C
ID échantillon PVDF
Temps (s) @ 100 Pa
Viscosité (pa.s) @ 80 s
–1
K2500-10
0.65
795
K3120-10
2.0
650
K2500-20
6.8
1460
K3120-15
10.0
1230
K2750-01
220
2290
K3120-50
400
2390
▲
▲
Figure 1
:
Courbe maîtresse de PVDF – viscosité complexe à 230°C
▼
▼
Tableau 2
:
Relaxation des tensions à 230º C et 100 Pa
Temps [s]