Résistance au choc et allongement à la rupture

La figure IV-5, représente les variations de la résistance au choc avec entaille usinée et moulée en fonction de la température de moulage pour les différentes températures de 1ère trempe.

Dans tous les cas, les valeurs de la résistance au choc Izod atteignent un maximum pour la température de moulage de 230°C. En revanche, nous remarquons que la résistance au choc Izod (ak) diminue lorsque la température de 1ère trempe augmente. Broutman et

Krishnakumar ont expliqué que l'augmentation de la résistance au choc du PC est due à la suppression de fissures grâce à la formation de contraintes compressives de surface [11]. Ceci est en accord avec les travaux de Hornberger et Devries qui ont expliqué que le phénomène de la résistance au choc du PC dépend du champ des contraintes triaxiale au bout de l'entaille [12]. Ce phénomène est associé avec la transition du mécanisme d'absorption de faible d'énergie au mécanisme absorbant une énergie élevée au bout de l'entaille.

La réduction de la résistance au choc à 220°C peut être expliquée par la fusion incomplète des granulés qui favorise la propagation de fissures; Cela a été observé en utilisant un polariscope et en dilatométrie. La réduction de la résistance au choc lorsque la température du moulage augmente est expliquée par la réduction des contraintes compressives. La réduction des contraintes compressives vient de l'inertie thermique du cœur de l'échantillon qui est d’autant plus grande que la température de moulage est grande. Ce phénomène est appelé « auto recuit » [13].

La variation de l’allongement à la rupture en fonction de la température de moulage, à différentes températures de 1ère trempe est presentée dans la Figure IV-6. Les résultats montrent une diminution dramatique des valeurs de l'allongement à la rupture lorsque la température de 1ère trempe augmente. Le plus grand allongement à la rupture est obtenu à la température de moulage de 230°C qui est encore reliée à la bonne fusion des granulés du polymère. A partir de la figure IV.6, la comparaison entre les valeurs de l'allongement à la

échantillons qui ont subi une 1ère trempe à l'eau à température ambiante (T=20°C) montre un écart important entre les valeur de l'allongement à la rupture et de la résistance au choc Izod. Ceci nous montre que le milieu de la trempe a un effet très important sur les contraintes résiduelles. On peut attribuer cet écart à la différence de l’effusivité thermique de l'air et de l'eau.

Pour une température de moulage donnée, l'augmentation du gradient de température (T moulage - Ttrempe) induit une augmentation du volume libre car les macromolécules ont

moins de temps pour se réorganiser. Donc, nous voyons ici une corrélation entre l'allongement à la rupture et le volume libre. L'augmentation du volume libre a été vérifiée en effectuant des mesures de densité. Ces résultats seront présentés dans la partie suivante. Comme la résistance au choc peut être reliée à la capacité des segments de chaînes à exécuter un mouvement et donc à dissiper l'énergie associée à la propagation de la fissure, une augmentation de volume libre peut aussi être responsable de l'augmentation de la résistance au choc.

La figure IV-7, représente la variation de la résistance au choc Izod avec entaille moulée, et de l’allongement à la rupture pour les différentes histoires thermiques. Les valeurs de la résistance au choc avec entaille moulée pour les différentes histoires thermiques sont : 45, 119, 144, et 147 kJ.m-2. A partir de la même figure, les valeurs de l’allongement à la rupture pour les mêmes histoires thermiques sont : 6%, 8%, 45,5% et 52%.

En effet, le recuit élimine les contraintes résiduelles et diminue le volume libre, ce qui se traduit par la diminution de l’allongement à la rupture et de la résistance au choc Izod. Par contre, la 1ère trempe à 0°C donne naissance à des contraintes résiduelles et augmente le volume libre ; ceci augmente la ductilité de polymère et par conséquent l'allongement à la rupture et la résistance au choc Izod.

V.2.2 Densité, module d’élasticité et de la dureté Shore D.

Les variations de la densité, du module d'élasticité et de la dureté Shore D en fonction de la température de 1ère trempe sont présentés dans les Figues.IV.8, IV.9 et IV.10 respectivement. Dans le cas du PS et du PC plusieurs études ont montré que le traitement thermique peut affecter la densité du matériau [14,15]. Comme il est observé, la densité augmente avec l'accroissement de la température de 1ère trempe. Dans le cas du refroidissement le plus rapide, qui correspond à une température de 1ère trempe de 0°C, les

macromolécules ont moins de temps pour se réorganiser. Cela induit une augmentation du volume libre et par conséquent une faible densité. Si on suppose une valeur de 16% de volume libre efficace à Tg dans le PC [16] alors une diminution de 2.25% de la densité, comme observée ici entre l'échantillon recuit ( = 1.2 g.cm-3) et l'échantillon trempé à 0°C, correspond à une augmentation de 36% du volume libre. Il a aussi été rapporté que le volume libre est gouverné par deux effets : la vitesse de refroidissement et les contraintes thermiques [17]. D'après Van Krevelen la densité () est reliée au module d’élasticité (E): E  7 . Cela veut dire que les échantillons qui ont une densité inférieure ont aussi un module d’élasticité inférieur, comme on peut le voir sur la figure IV.9 [18].

Les changements structuraux des échantillons du PC en fonction de la température de 1ère trempe ont été également mis en évidence par l'essai de dureté Shore D.

A partir de la figure IV.10, nous pouvons voir que la valeur de la dureté augmente de façon non monotone avec l'accroissement de la température de 1ère trempe et pour les différentes températures de moulage.

L’effet du milieu de la trempe est bien observé. On peut dire, que les valeurs les plus petites de la dureté sont obtenues à la température de 1ère trempe de 0°C, et les valeurs les plus grandes sont obtenues pour la 1ère trempe à l'air libre. L’effet de la température de 1ère trempe est aussi bien marqué . En effet la plus petite valeur (71) est obtenue à la température de la 1ère trempe de 0°C et la plus grande valeur est obtenue à la température de 1ère trempe de 80°C. Nous pouvons remarquer que la température de 1ère trempe a un effet plus prononcé sur la valeur de la dureté. Comme la dureté est une caractéristique qui dépend beaucoup du module d'élasticité, elle varie dans le même sens car elle dépend de la rigidité et de la densité du matériau [18].