1.2 Etude des paramètres intrinsèques des polymères sur la qualité des

Pendant le processus, deux polymères thermoplastiques sont co-extrudés pour former une morphologie complexe unique. Cependant, les différences de propriétés rhéologiques des polymères peuvent provoquer des défauts à l'interface des composants, des phénomènes d'encapsulation se produisent en raison de la tendance du polymère fluide à encapsuler le plus visqueux [130]. Le mécanisme de déformation de l'interface est due à l'existence d’un gradient de cisaillement à travers la section du filament et le taux de cisaillement le plus élevé se trouvant à la périphérie du filament [131]. Un autre facteur clé qui est important dans le filage à l'état fondu bicomposant est la différence des propriétés thermiques des polymères qui

cristallisent souvent à différentes températures et l'adhésion entre les composants est grandement affectée par le placement des polymères dans la morphologie de la fibre [133]. De ce fait, les morphologies obtenues peuvent être stables ou instables ; fortes ou faibles : toutes les combinaisons étant possibles (illustrée sur la Figure B-80).

Figure B-80Représentation schématique d’une interface stable /instable et forte/faible.

Des fibres bicomposantes ont été produites à partir de la ligne pilote de filage du CETI avec des grades commerciaux de PA630 et de deux types de PP31ayant des valeurs d'indice de fluidité à chaud différents de 18 et 25 (respectivement PP18 et PP25).

a) Stabilité de l’interface

La stabilité interfaciale a été évaluée par des mesures rhéologiques des polymères utilisant la loi de Cox-Merz et l'observation de la morphologie de la section transversale. Deux associations de matériaux ont été choisies: PP25/PA6 et PP18/PA6, afin d'avoir des rapports de viscosités variables entre les polymères, et ce en modifiant un seul des deux polymères. La Figure B-81 donne des variations de viscosité en fonction des vitesses de cisaillement pour PP18 et PA6 et des observations microscopiques des fibres obtenues. On peut voir que pour des vitesses de cisaillement faibles, le PP18 est plus visqueux que le PA6 et pour des valeurs de taux de cisaillement élevés, un croisement est observé et le PA6 devient plus visqueux que le PP18. Par conséquent, les expériences indiquent que la morphologie sera instable dans toute la section transversale, le polymère de viscosité inférieure encapsule le polymère de viscosité plus élevée, ce qui est illustré par les images microscopiques et ce quel que soit la structure

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Radilon® S 24100, Radici

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B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

choisie (cote à cote ou segmenté). Les mêmes mesures sont réalisées sur PP25 et PA6, mais les morphologies sont plus stables au cœur de la fibre car les viscosités sont identiques aux faibles cisaillements.

Figure B-81 Variations de viscosité en fonction des vitesses de cisaillement (rhéomètre plan/plan et élongationel via Cox Merz) pour PP18 et PA6 et observations microscopiques des fibres [132]

Ces conclusions ont été confirmées par les mêmes essais sur d’autres types de polymères avec des tensions interfaciales différentes et des ratios de viscosité différents. Il en ressort que le rapport des viscosités est à prendre en compte sur toute la gamme de cisaillement afin d’obtenir une morphologie stable.

b) Adhésion à l’interface

Les interactions d'adhésion interfaciale jouent un rôle clé dans le multicomposant et affectent grandement les propriétés finales de par la morphologie résultante. Certes le choix des polymères (énergie interfaciale) peut impacter sur la qualité de cette dernière, mais ici nous avons montré que le placement dans la morphologie (cœur ou gaine) l’était aussi. L’influence du placement du polymère dans la morphologie a été étudiée par l'analyse DMA corrélés aux micrographies SEM. La Figure B-82 montre que les valeurs de tan δ mesurées pas DMA sont influencées par la relaxation des composants vierges et que l'amplitude de tan

δ dépend de la localisation des composants dans la morphologie (exemple : cœur/gaine ou

polymère en tant que cœur. Les données expérimentales fournissent des preuves de la faible affinité entre PA6 et PP mais une interface plus forte est observée pour la fibre bicomposante avec le PP comme gaine. La présence d'espace vide est mise en évidence dans les micrographies MEB des fibres PPcoeur/PA6gaine, qui sont attribuées à la différence de températures de cristallisation entre les composants, ne reflétant aucune interaction physique entre les composants [133]. En effet, le PA6 cristallise à plus haute température et le PP à plus basse température, ce qui modifie ses conditions de cristallisation quand le PA6 l’entoure. Le PP présent à l’extérieur de la structure permet au contraire de renforcer la zone interfaciale et de faciliter le transfert des contraintes à l’interface. De plus, le rapprochement des maximas de tan δ permet de rendre compte de l’influence mutuelle entre les composants de la fibre. Le passage d’une structure à une interface simple (cœur/gaine) à une morphologie complexe (îles-en-mer) montre des résultats identiques. En effet, les propriétés mécaniques et les observations microscopiques de la fibre PA6îlesPPmer confirment le résultat obtenu sur la morphologie cœur/gaine avec le renforcement mécanique de l’interface. Ainsi, l’association PPîlesPA6mer favorise la séparation des composants contrairement à l’association PA6îlesPPmer dans des proportions massiques identiques.

Figure B-82 Evolution de Tan δ mesurée par DMA pour les filaments PPcoeurPA6mer et inversement, ainsi que les observations MEB des faciès de rupture après traction.

L'objectif de cette recherche était d'améliorer la séparation des fibres en choisissant l'association appropriée de polymères avec une interface stable et une mauvaise adhérence

B-Thème développé : « filaments fonctionnels »

pour favoriser la séparation des différentes parties au moment de l’hydroliage. Nous avons montré l’influence des propriétés rhéologiques et thermiques des polymères, ainsi que leur placement sur la morphologie des fibres. Ainsi le développement de structures filtrantes de nontissés a été réalisé et a confirmé les résultats obtenus.