Elasticité à l’état fondu

L’une des méthodes classiques utilisées pour caractériser l'élasticité à l'état fondu des polymères est le gonflement de l'extrudat. Ce gonflement d’extrudat, également appelé « gonflement du jonc » ou « effet Barus », se produit lors du recouvrement de la déformation élastique imposée au cours de la transformation du polymère [81]. Cette propriété intrinsèque à l’état fondu influence considérablement la performance des produits finis et joue un rôle essentiel dans la production et la conception de la filière [82].

Le gonflement du jonc est déterminé en utilisant les valeurs du diamètre de l’extrudat (De) mesurées à la sortie de la filière du capillaire. Les résultats sont généralement présentés sous forme d’un rapport (De/ D), où D est le diamètre de la filière.

Les variations des taux de gonflement en fonction de la composition des mélanges PEBD/PLA, pour trois taux de cisaillement différents, sont représentées sur la figure III.14. Pour les homopolymères, le PEBD présente un gonflement plus élevé que celui du PLA, et ce pour tous les taux de cisaillement. Ceci peut être lié à la présence de longues chaînes ramifiées dans le PEBD qui contribue de manière significative à sa grande élasticité à l’état fondu [83].

Pour les mélanges, le taux de gonflement des extrudats augmente avec l'augmentation de la teneur en PLA jusqu'à 20% PLA puis diminue progressivement. Cependant, pour les trois taux de cisaillement, les valeurs correspondantes aux mélanges sont plus élevées que celles des homopolymères. Des observations similaires ont été faites par Acierno et coll. [84] et Liang et coll. [85] qui ont étudié respectivement les propriétés d'écoulement des mélanges de polyéthylène basse densité/polyéthylène basse densité linéaire (PEBD/PEBDL) et le polyéthylène basse densité/polypropylène (PEBD/PP). Ces auteurs ont observé que les mélanges ont toujours un gonflement de jonc plus grand que les polymères parents.

Le comportement rhéologique des mélanges de polymères est fortement influencé par la morphologie du mélange. Dans la présente étude, les résultats montrent que, pour chaque

taux de cisaillement, le gonflement pour les mélanges ayant une morphologie bien dispersée, 80/20 et 20/80 PEBD/PLA, est plus grand que celui des homopolymères et le mélange 50/50 PEBD / PLA qui a une morphologie co-continue.

Toutefois, les mélanges où le PLA est la phase dispersée présentent des taux de gonflement supérieurs à ceux des mélanges où la phase dispersée est le PEBD. Il est bien admis que, plus la déformation des gouttelettes (phase dispersée) à l'intérieur de la filière est importante, plus le gonflement des extrudats à la sortie de cette filière serait grand [83]. De ce fait, les gouttelettes du PLA sont soumises à une plus grande déformation comparées aux gouttelettes du PEBD, à cause de la plus grande viscosité du PEBD, et par conséquent exhiberont un plus grand gonflement à la sortie de la filière.

La figure III.14 montre également l’effet de la variation du taux de cisaillement sur le gonflement des extrudats. Il peut être constaté que, pour toutes les formulations, les rapports De/D augmentent lorsque les taux de cisaillement augmentent. Ce résultat est en bon accord avec les observations de Joseph et coll. [86] et Nair et coll. [87] qui ont étudié, respectivement, le mélange polystyrène/polybutadiène et le mélange nylon 6/polystyrène. Un tel résultat a été attribué au fait que plus la vitesse d'extrusion augmente, plus la déformation des chaînes macromoléculaires est importante à l'intérieur de la filière et plus l'énergie élastique récupérable du système sera élevée.

Figure III. 14: Variation du gonflement du jonc pour les mélanges PEBD/PLA en fonction du pourcentage du PLA et des taux de cisaillement

taux de cisaillement, le gonflement pour les mélanges ayant une morphologie bien dispersée, 80/20 et 20/80 PEBD/PLA, est plus grand que celui des homopolymères et le mélange 50/50 PEBD / PLA qui a une morphologie co-continue.

Toutefois, les mélanges où le PLA est la phase dispersée présentent des taux de gonflement supérieurs à ceux des mélanges où la phase dispersée est le PEBD. Il est bien admis que, plus la déformation des gouttelettes (phase dispersée) à l'intérieur de la filière est importante, plus le gonflement des extrudats à la sortie de cette filière serait grand [83]. De ce fait, les gouttelettes du PLA sont soumises à une plus grande déformation comparées aux gouttelettes du PEBD, à cause de la plus grande viscosité du PEBD, et par conséquent exhiberont un plus grand gonflement à la sortie de la filière.

La figure III.14 montre également l’effet de la variation du taux de cisaillement sur le gonflement des extrudats. Il peut être constaté que, pour toutes les formulations, les rapports De/D augmentent lorsque les taux de cisaillement augmentent. Ce résultat est en bon accord avec les observations de Joseph et coll. [86] et Nair et coll. [87] qui ont étudié, respectivement, le mélange polystyrène/polybutadiène et le mélange nylon 6/polystyrène. Un tel résultat a été attribué au fait que plus la vitesse d'extrusion augmente, plus la déformation des chaînes macromoléculaires est importante à l'intérieur de la filière et plus l'énergie élastique récupérable du système sera élevée.

Figure III. 14: Variation du gonflement du jonc pour les mélanges PEBD/PLA en fonction du pourcentage du PLA et des taux de cisaillement

taux de cisaillement, le gonflement pour les mélanges ayant une morphologie bien dispersée, 80/20 et 20/80 PEBD/PLA, est plus grand que celui des homopolymères et le mélange 50/50 PEBD / PLA qui a une morphologie co-continue.

Toutefois, les mélanges où le PLA est la phase dispersée présentent des taux de gonflement supérieurs à ceux des mélanges où la phase dispersée est le PEBD. Il est bien admis que, plus la déformation des gouttelettes (phase dispersée) à l'intérieur de la filière est importante, plus le gonflement des extrudats à la sortie de cette filière serait grand [83]. De ce fait, les gouttelettes du PLA sont soumises à une plus grande déformation comparées aux gouttelettes du PEBD, à cause de la plus grande viscosité du PEBD, et par conséquent exhiberont un plus grand gonflement à la sortie de la filière.

La figure III.14 montre également l’effet de la variation du taux de cisaillement sur le gonflement des extrudats. Il peut être constaté que, pour toutes les formulations, les rapports De/D augmentent lorsque les taux de cisaillement augmentent. Ce résultat est en bon accord avec les observations de Joseph et coll. [86] et Nair et coll. [87] qui ont étudié, respectivement, le mélange polystyrène/polybutadiène et le mélange nylon 6/polystyrène. Un tel résultat a été attribué au fait que plus la vitesse d'extrusion augmente, plus la déformation des chaînes macromoléculaires est importante à l'intérieur de la filière et plus l'énergie élastique récupérable du système sera élevée.

Figure III. 14: Variation du gonflement du jonc pour les mélanges PEBD/PLA en fonction du pourcentage du PLA et des taux de cisaillement