Influence des conditions d’injection

De manière similaire à la stratégie expérimentale mise en place, des échantillons prélevés sur les sites d’intérêt ont tout d’abord été observés en lumière polarisée. Hélas la microscopie optique ne s’est pas révélée concluante pour différencier les cinq conditions de mise en œuvre, qui présentent toutes le même aspect décrit dans le chapitre précédent. Les mesures des épaisseurs des couches morphologiques ainsi que des dimensions des objets cristallins n’ont pas témoigné d’évolutions significatives d’un matériau à l’autre.

4.1.1.1 Dilatométrie libre

La campagne de dilatométrie affiche des comportements plus ou moins différenciés. Les résultats présentés dans ce paragraphe sont obtenus par la méthodologie habituelle qui consiste en une chauffe à une vitesse de 8°C/min. depuis l’ambiant jusqu’à 240°C.

Sur la figure 114 sont tracées les mesures de l’expansion thermique dans les deux directions principales d’échantillons prélevés sur un site éloigné du seuil d’injection (zone 4), pour chacune des conditions d’injection. Notons tout d’abord que l’anisotropie des déformations est vérifiée quels que soient le temps de remplissage et la pression de maintien. De par sa récurrence et sa netteté, il semble que cette anisotropie soit une conséquence du procédé d’injection.

Figure 114: Dilatation thermique dans les directions de l’écoulement et transverse du matériau prélevé en surface et en zone éloignée du seuil d’injection, pour chacune des

conditions d’injection

Rappelons que ce phénomène a été attribué à une orientation moléculaire privilégiée dans la direction de l’écoulement et que jusqu’ici les observations qui ont été faites sont compatibles avec cette hypothèse. Notamment, il apparait que l’anisotropie est d’avantage prononcée lorsque l’injection est rapide, ce qui peut s’expliquer par la diminution du temps disponible pour relaxer des orientations en question.

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Les différences de dilatation longitudinale d’une condition à l’autre ne sont pas très marquées. Elles semblent se concentrer sur une plage de température comprise entre 80°C et 180°C qui correspond au domaine d’expression de la transition de Brill. D’après l’allure des courbes, il est possible que les conditions d’injection aient impacté dans une certaine mesure la température d’activation de la transition. Feldman et al. [1] ont par exemple démontré qu’un compactage accru des chaînes macromoléculaires couplé à une orientation importante du matériau pouvait induire une augmentation de l’énergie d’activation et par conséquent un décalage de la transition de Brill vers les hautes températures lors d’une chauffe. Les résultats présentés ci-dessus (Figure 114) vont dans ce sens, si l’on considère que l’augmentation du coefficient de dilatation qui apparait vers 80°C est une des traces de la transition.

4.1.1.2 Caractérisation des lamelles cristallines

La fonte des lamelles cristallines lors des essais de calorimétrie différentielle permet d’observer des comportements thermiques très proches d’une condition d’injection à l’autre, aussi bien en surface (Figure 115) qu’au cœur du matériau (Figure 116). A l’instar de ce qui a été observé en condition ILCF (chapitre 3), les thermogrammes présentent un pic endothermique principal avec un épaulement précédé d’un léger exotherme (lui-même précédé d’un endotherme diffus sur les échantillons de cœur).

Figure 115: Thermogrammes DSC des échantillons de surface en zone proche du seuil d’injection pour chacune des conditions d’injection

Figure 116: Thermogrammes DSC des échantillons de surface en zone proche du seuil d’injection pour chacune des conditions d’injection

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Les conclusions demeurent donc identiques pour chacune des plaques : les résultats traduisent une différence cœur/peau qui concerne essentiellement la pré-fusion et tous les processus de réorganisation des lamelles (épaississements, recristallisation, perfectionnement…) qui y seraient rattachés. Par ailleurs les échantillons de cœur possèdent une distribution de la taille des lamelles plus étroite. De même, les essais sur des échantillons prélevés en fin de plaque se superposent à ceux qui sont prélevés à proximité du seuil d’injection.

De ce point de vue, il semble que les variations sur les paramètres d’injection utilisés pour l’étude ne permettent pas de modifier la nature des lamelles cristallines, ni d’un point de vue géométrique (épaisseurs), ni de leur perfectionnement. Les faibles variations sur les hauteurs de pics sont imputables à une dispersion des mesures qui a été vérifiée par le doublement de tous les essais.

4.1.1.3 Diffraction et diffusion des rayons-X

Les diffractions des rayons-X aux grands angles aboutissent à une superposition pratiquement parfaite des signaux correspondant à chacune des conditions d’injection, qu’il s’agisse des échantillons de surface ou ceux de cœur (Figures 117 et 118).

En conséquence, la plupart des indices obtenus par la désommation des signaux (cristallinité, taille apparente du cristal, configuration de l’amorphe…) sont presque identiques aux valeurs exposées dans le chapitre précédent. Il faut toutefois signaler une légère variation de la position du pic du doublet d’une condition à l’autre pour les échantillons superficiels (Figure 117). La valeur de l’indice de perfection cristalline s’en trouve impactée dans des proportions qui restent très limitées (Tableau 19), surtout au regard de l’incertitude de la mesure à laquelle s’ajoute celle qui est liée à la méthodologie de déconvolution.

Figure 117: Diffractogrammes longitudinaux θ/θ des échantillons de surface en zone proche du seuil d’injection, pour chacune des conditions d’injection

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seuil d’injection, pour chacune des conditions d’injection

Echantillon Indice de perfection (°) Proportion en phase α1 (%) ILCM ILCF IRCF 3,34 ± 0,05 3,27 ± 0,05 3,39 ± 0,05 78,2 ± 1,2 76,6 ± 1,2 79,8 ± 1,2

Tableau 19: Indices de perfection cristalline et proportion en phase α1 d'échantillons de surface pour chacune des conditions d'injection

Les mesures de longue période, réalisées par diffusion des rayons-X aux petits angles sont présentées dans le tableau 20 et confirment la similitude des propriétés microstructurales rencontrée jusqu’à présent. A l’instar de ce qui avait été observé pour la condition ILCF, une augmentation de la longue période est à signaler dans l’épaisseur pour les autres conditions.

Echantillon Longue période (Å) Surface : ILCM ILCF IRCF 88 86 87 Cœur : ILCM ILCF IRCF 96 97 96

Tableau 20: Longue période mesurée par SAXS en surface et au cœur pour chacune des conditions d'injection

L’augmentation de ce paramètre peut signifier, comme cela a été évoqué, la présence de lamelles cristallines plus épaisses et est un marqueur d’une hausse de la cristallinité. Ici encore, les trois conditions d’injection s’avèrent semblables du point de vue de leur évolution cristalline dans l’épaisseur.

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4.1.1.4 Synthèse

Du fait que les caractérisations microstructurales aboutissent à des résultats qui sont très proches, et ce du point de vue de l’ensemble des techniques à notre disposition, il est permis d’affirmer à ce stade que les variations des paramètres d’injection exploitées lors de cette étude ne sont pas suffisantes pour modifier la cristallinité du matériau de manière significative. Seule l’anisotropie de la dilatation thermique et la transition de Brill témoignent d’une sensibilité somme toute relative. Il faut s’attendre par conséquent à ce que les comportements thermomécaniques soient également particulièrement semblables. Mais avant cela sont présentés les résultats des caractérisations des plaques injectées post-traitées.

4.1.2 Influence du post-traitement