Rhéologie en régime dynamique

III.3.2.1 Domaine linéaire et stabilité thermique

Avant d’effectuer les tests sur le rhéomètre à plateaux parallèles, il était impératif de déterminer le domaine linéaire des polymères utilisés, la température et le temps optimaux pour lesquels les modules à déterminer (module de perte et module de conservation) ne varient pas avec la déformation. Plusieurs températures ont été testées (190°C, 180 °C et 175°C) sur un intervalle de déformation allant jusqu’à 50%. Les résultats sont présentés dans les figures III.15 et III.16.

Les résultats de ces tests préliminaires ont montré que le PEBD était sensible à la variation de déformation à 190°C et 180°C, même pour les faibles déformations (Figure III.16). Cependant, à 175°C, les deux polymères étaient stables.

A 175°C, le domaine linéaire du PEBD est obtenu pour une déformation allant jusqu’à 10 %, alors que celui du PLA s’étale sur tout l’intervalle utilisé. Ainsi, pour la suite de l’étude, une déformation de 5% sera utilisée pour les homopolymères et pour leurs mélanges.

Les stabilités thermiques du PEBD et du PLA ont aussi été vérifiées en fonction du temps. Pour cela, le module de conservation (G′) et le module de perte (G″) ont été déterminés au cours du temps en utilisant les paramètres choisis dans les paragraphes précédents (déformation imposée : 5%, température : 175°C, fréquence angulaire : de 1 Hz). Un temps de 4 minutes a été choisi. Le module de perte n’est pas représenté pour ne pas encombrer les figures.

Figure III. 15: Stabilité thermique du PEBD et du PLA

Figure III. 16: Domaine linéaire du PEBD et du PLA à 175 °C Figure III. 15: Stabilité thermique du PEBD et du PLA

Figure III. 16: Domaine linéaire du PEBD et du PLA à 175 °C Figure III. 15: Stabilité thermique du PEBD et du PLA

III.3.2.2 Propriétés viscoélastiques

Les résultats de l'étude rhéologique en régime dynamique sont illustrés dans les figures III.17, III.18 et III.19. Ces figures montrent, respectivement, le module de conservation, le module de perte et de la viscosité complexe des homopolymères et des mélanges en fonction de la fréquence angulaire, à 175 °C.

La figure III.17 montre que, pour toutes les compositions, le module de conservation augmente avec l’augmentation de la fréquence. Ceci peut s'expliquer par le fait qu’aux faibles fréquences, les chaînes macromoléculaires peuvent se réorganiser, mais, au fur et à mesure que la fréquence augmente, elles auront moins de temps pour se relaxer [88]. Il peut être aussi noté que le PEBD pur possède un module de conservation beaucoup plus élevé que celui du PLA ce qui indique que le PEBD est beaucoup plus élastique que le PLA. Pour les mélanges, les valeurs du module de conservation augmentent avec l’augmentation de la teneur en PEBD mais elles se situent toujours entre celles des deux homopolymères. Ce résultat montre que les mélanges deviennent plus élastiques avec l'incorporation du PEBD. Cependant, les valeurs ont tendance à s’inverser à très haute fréquence où le PLA possède la valeur la plus élevée du module de conservation.

Le mélange contenant 20% en masse de PLA possède des valeurs élevées du module de conservation qui, à faibles fréquences (<1 s-1), sont supérieures à celles du PEBD. Des études ont mentionné des observations similaires avec des mélanges de polymères ayant une morphologie gouttelettes/matrice. Les auteurs [89,90] ont attribué cette augmentation à la plus grande surface interfaciale de cette morphologie comparée à la morphologie co-continue, et à la tension interfaciale qui conduisent à une plus forte élasticité et par conséquent à un plus grand module de conservation.

L’évolution du module de perte (figure III.18) est similaire à celle du module de conservation pour les différentes formulations. Pour les faibles fréquences (<10 s-1), le PEBD et les mélanges possèdent des modules de perte supérieurs à celui du PLA, cependant, pour des fréquences supérieures à 10 s-1, l’inverse est observé où le PLA exhibe les valeurs les plus élevées.

A partir de ces résultats, il peut être également constaté que le module de perte est supérieur au module de conservation pour toutes les formulations (PEBD, PLA, les

mélanges), ainsi l'énergie dissipée est plus élevée que l'énergie conservée, surtout aux basses fréquences.

Figure III. 17: Variation du module de conservation en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

Figure III. 18: Variation du module de perte en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

mélanges), ainsi l'énergie dissipée est plus élevée que l'énergie conservée, surtout aux basses fréquences.

Figure III. 17: Variation du module de conservation en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

Figure III. 18: Variation du module de perte en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

mélanges), ainsi l'énergie dissipée est plus élevée que l'énergie conservée, surtout aux basses fréquences.

Figure III. 17: Variation du module de conservation en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

Figure III. 18: Variation du module de perte en fonction de la fréquence pour le PEBD, PLA et les mélanges PEBD/PLA (T=175°C).

La figure III.19 montre une diminution de la viscosité complexe avec l’augmentation de la fréquence pour toutes les compositions, indiquant un comportement rhéofluidifiant. Seul le PLA vierge possède un plateau newtonien alors que le PEBD et les mélanges PEBD/PLA ne présentent pas de tels plateaux et leurs viscosités varient selon une loi de puissance. Une variation similaire à celle du module de perte est observée pour la viscosité complexe: aux basses fréquences (<10 s-1), le PEBD pur et les mélanges ont des viscosités plus élevées que celle du PLA pur, mais à des fréquences supérieures à 10 s-1, le PLA est le plus visqueux.

Figure III. 19: Viscosité complexe des mélanges PEBD/PLA et les polymères parents en fonction de la fréquence (T=175°C).

La figure III.19 montre une diminution de la viscosité complexe avec l’augmentation de la fréquence pour toutes les compositions, indiquant un comportement rhéofluidifiant. Seul le PLA vierge possède un plateau newtonien alors que le PEBD et les mélanges PEBD/PLA ne présentent pas de tels plateaux et leurs viscosités varient selon une loi de puissance. Une variation similaire à celle du module de perte est observée pour la viscosité complexe: aux basses fréquences (<10 s-1), le PEBD pur et les mélanges ont des viscosités plus élevées que celle du PLA pur, mais à des fréquences supérieures à 10 s-1, le PLA est le plus visqueux.

Figure III. 19: Viscosité complexe des mélanges PEBD/PLA et les polymères parents en fonction de la fréquence (T=175°C).

La figure III.19 montre une diminution de la viscosité complexe avec l’augmentation de la fréquence pour toutes les compositions, indiquant un comportement rhéofluidifiant. Seul le PLA vierge possède un plateau newtonien alors que le PEBD et les mélanges PEBD/PLA ne présentent pas de tels plateaux et leurs viscosités varient selon une loi de puissance. Une variation similaire à celle du module de perte est observée pour la viscosité complexe: aux basses fréquences (<10 s-1), le PEBD pur et les mélanges ont des viscosités plus élevées que celle du PLA pur, mais à des fréquences supérieures à 10 s-1, le PLA est le plus visqueux.

Figure III. 19: Viscosité complexe des mélanges PEBD/PLA et les polymères parents en fonction de la fréquence (T=175°C).

III.4 CARACTERISATION THERMIQUE DES MELANGES PEBD/PLA