Fragilisation du polypropylène induite par oxydation

• Main Author: Fayolle, Bruno
• Published: 2001
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; Fragilisation; Polypropylène; Oxydation; Cinétique; Durée de vie
• Online Access: http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004023; http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/50/08/87/PDF/these_Fayolle.pdf

Nous avons étudié le vieillissement thermooxydant de films de polypropylène isotactique (iPP) dans l'intervalle de température 70-150°C par des méthodes classiques (spectrométrie IR, essai de traction) et moins courantes (mesure de masse molaire), voire relativement nouvelles (travail essentiel de rupture EWF). Il apparaît que le polymère, initialement fortement ductile, adopte un comportement fragile (en traction) alors que le phénomène d'oxydation est encore indétectable par IR. Cette fragilisation, correspondant à une localisation de la déformation plastique, apparaît comme une conséquence d'un processus de coupure de chaîne de type aléatoire : la transition ductile-fragile se manifeste lorsque la masse molaire en poids atteint une valeur critique M'C=200 kg/mol, ce qui est compatible avec les données disponibles sur des échantillons vierges de masse molaire variable. Ce résultat est donc difficile à concilier avec les théories, courantes dans la littérature, selon lesquelles la fragilisation serait attribuable à la formation de défauts induits par oxydation hétérogène à petite échelle. L'analyse approfondie des résultats suggère au contraire que l'oxydation est homogène (dans la phase amorphe) et affecte la connectivité interlamellaire dont on connaît le rôle crucial dans le processus de déformation plastique. Partant de ce constat, nous avons élaboré un modèle cinétique rendant compte de l'évolution de la structure, en particulier de la masse molaire, dans lequel un couplage réaction-diffusion permet de prédire la distribution des produits d'oxydation à tout instant. Nous avons utilisé ce modèle pour prédire la durée de vie, le critère de fin de vie étant la fragilisation, soit M=M'C. La confrontation avec l'expérience (allure des courbes cinétiques, valeur des durées de vie, profil de distribution des produits d'oxydation dans l'épaisseur) démontre les capacités prédictives du modèle dont la caractéristique principale est qu'il ne comporte pas de paramètre empirique.