Température de transition vitreuse (Tg) - A210
| Température de transition vitreuse (Tg) | |
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| Article sur les connaissances fondamentales | |
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| Type de document | Article |
| Identificateur de document | 210 |
| Thèmes | |
| Classe pertinente |
Matériau |
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| Pré-requis : | |
Introduction[éditer | modifier la source]
La transition vitreuse représente la région de température où le comportement d'un polymère passe d'un matériau vitreux dur à celui d'un matériau caoutchouteux mou. À ce point de température (plus correctement sur une plage de température ou une région), une perte soudaine de rigidité mécanique se produit.
Domaine[éditer | modifier la source]
Cette page définit le polymère température de transition vitreuse (Tg) et explique son importance pour le traitement des composites. Des valeurs typiques pour la transition vitreuse de diverses matrices polymères sont fournies, ainsi qu'une brève introduction aux techniques de mesure.
Importance[éditer | modifier la source]
La température de transition vitreuse (Tg) d'un polymère est critique pour définir ses limites de température de fonctionnement. A des températures supérieures à Tg, un polymère subit une chute brutale de sa rigidité mécanique.
Généralement, lorsque la rigidité mécanique est souhaitée, la température de service d'un polymère doit être inférieure à sa Tg. Cependant, dans les applications où la flexibilité est souhaitée, le polymère doit être en service autour de sa température Tg. Un exemple de ce dernier cas est l'utilisation de la flexibilité fournie par les caoutchoucs et les élastomères.
Pré-requis : [éditer | modifier la source]
Documents recommandés à consulter avant ou en parallèle avec ce document :
Définition[éditer | modifier la source]
Les polymères sont classés comme vitreux lorsque leurs squelettes moléculaires présentent l'incapacité de se déplacer et de rester "figés" dans des conformations immobiles froissées. En dessous de la température de transition vitreuse (Tg), lors du chauffage, seule une dilatation induite thermiquement entre les molécules se produit. Au-dessus de Tg, amorphe les régions du polymère observent un «flux» de type liquide, les chaînes moléculaires acquérant une capacité rapide à se déplacer librement, tandis que cristalline les régions restent verrouillées dans la configuration de l'état vitreux.
À la suite de cette transition comportementale, un polymère présente un changement soudain de son volume spécifique en réponse à la température (dilatation thermique) à sa transition Tg. Mécaniquement, il se produit une chute de la rigidité mécanique par adoucissement. Cette baisse substantielle de la rigidité mécanique est illustrée dans l'image d'exemple, montrant un polymère en dessous et au-dessus de sa température de transition vitreuse.
A des températures supérieures à Tg, une réduction substantielle du module d'Young (E) est observée entre l'état vitreux rigide et l'état caoutchouteux ramolli. Pour assurer en service la rigidité mécanique du polymère, la température de fonctionnement doit être inférieure à la Tg. Cependant, il existe des situations où l'on souhaite avoir une température de service supérieure à la Tg du polymère pour obtenir un comportement caoutchouteux. Les élastomères sont l'exemple classique, où leur comportement caoutchouteux est recherché et où le matériau est utilisé au-dessus de sa Tg.
Valeurs de propriété typiques[éditer | modifier la source]
| Polymère | Température de transition vitreuse | Source | |
|---|---|---|---|
| (° C) | (° F) | ||
| Polymères thermodurcissables | |||
| Epoxy | 150-265 | 302-509 | [1] |
| phénolique | 127-159 | 261-318 | [1] |
| Polyamide | 320-330 | 608-626 | [1] |
| Test IMC - Calcul de votre index de masse corporelle | 294-300 | 561-572 | [1] |
| cyanate | 230-265 | 446-509 | [1] |
| Polymères thermoplastiques | |||
| Polyamide-imide (PAI) | 275 | 527 | [1] |
| Éthers polyaryliques | 220-260 | 428-500 | [1] |
| Polyéther sulfone (PES) | 220 | 428 | [1] |
| Polyéther-imide (PEI) | 210 | 410 | [1] |
| Sulfure de polyarylène (PAS) | 200-210 | 392-410 | [1] |
| Polyétheréther cétone (PEEK) | 140-145 | 284-293 | [1] |
| Sulfure de polyphénylène (PPS) | 85-95 | 185-203 | [1] |
| Polyarylène cétone | 200-210 | 392-410 | [1] |
| Polyimide (PI) | 250-280 | 482-536 | [1] |
Mesure[éditer | modifier la source]
La température de transition vitreuse (Tg) d'un polymère peut être mesurée à l'aide de plusieurs techniques de laboratoire différentes. Chaque méthode repose sur un principe de mesure différent, ce qui entraîne de légères différences de Tg déterminée entre les méthodes.
Les techniques de laboratoire courantes pour mesurer la Tg comprennent :
- Calorimétrie à balayage différentiel (DSC) – mesure les changements de flux de chaleur
- Analyse mécanique dynamique (DMA) - mesure le changement de comportement dans la rigidité mécanique
- Analyse thermomécanique (TMA) - mesure les changements de volume
| Méthode de caractérisation | Exemple de données | Notes de mesure | (Comment) Document sur la méthode KPC |
|---|---|---|---|
| Calorimétrie à balayage différentiel (DSC) | Un changement de flux de chaleur est observé dans la région de Tg. Un avantage de la DSC est que seule une petite taille d'échantillon est requise (milligrammes). | Document de méthode à venir. | |
| Analyse mécanique dynamique (DMA) | A Tg, le module de conservation (G' ou E') chute de plusieurs ordres de grandeur. Deux propriétés sont normalement signalées; rigidité torsionnelle (G'), flexion (E') et perte tangente (tan \(\delta\)). | Document de méthode à venir. | |
| Analyse Mécanique Thermique (TMA) | La dilatation thermique de la pente par rapport à la température subit des changements à Tg. | Document de méthode à venir. |
Pages liées
Références
- ↑ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 [Réf] Pilate, Louis A. ; Michno, Michael J. (1994). Matériaux composites avancés. Springer Verlag Berlin Heidelberg. est ce que je:10.1007/978-3-662-35356-1. ISBN 978-3-540-57563-4.Maint CS1 : utilise le paramètre auteurs (lien) Maint CS1 : date et année (lien)
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Bienvenue au Centre de connaissances en pratique (KPC) du CKN. Le KPC est une ressource pour l'apprentissage et l'application des connaissances scientifiques à la pratique de la fabrication de composites. Lorsque vous naviguez dans le KPC, reportez-vous aux informations de ce volet de droite en tant que ressource pour comprendre les subtilités du traitement des composites et pourquoi le KPC est organisé de la manière dont il est. La vidéo suivante explique l'approche KPC :
Comprendre le traitement des composites
Le Knowledge in Practice Center (KPC) s'articule autour d'une réflexion structurée sur la fabrication des matériaux composites. De haut en bas, la hiérarchie se compose de :
- L'usine
- Cellules d'usine et/ou aménagement d'usine
- Étapes du processus (incarnées dans le flux de processus d'usine) composé de :
La manière dont le matériau, la forme, l'outillage et les consommables et l'équipement (en abrégé MSTE) interagissent les uns avec les autres au cours d'une étape du processus est essentielle au résultat de l'étape de fabrication et, en fin de compte, essentielle à la qualité de la pièce finie. Les interactions entre MSTE au cours d'une étape de processus peuvent être nombreuses et complexes, mais le Knowledge in Practice Center vise à vous faire prendre conscience de ces interactions, à comprendre comment un paramètre affecte un autre et à comprendre comment analyser le problème à l'aide d'une approche basée sur les systèmes. En utilisant cette approche, l'usine peut alors être développée avec une compréhension et un contrôle complets de toutes les interactions.
Interrelation de la fonction, de la forme, du matériau et du processus
La conception pour la fabrication est essentielle pour assurer la productibilité d'une pièce. Un problème survient lorsqu'il est considéré trop tard ou pas du tout dans le processus de conception. À l'inverse, la conception de processus (contrôler les interactions entre la forme, le matériau, l'outillage et les consommables et l'équipement pour obtenir le résultat souhaité) doit toujours tenir compte de la forme et du matériau de la pièce. Ashby a développé et vulgarisé l'approche liant le design (la fonction) au choix du matériau et de la forme, qui influencent le procédé choisi et inversement, comme illustré ci-dessous :
Au sein du Knowledge in Practice Center, la même méthodologie est appliquée, mais le processus est défini plus complètement en appelant également explicitement les l'équipements et outillages & consommables. Notez que dans l'usage courant, un processus qui se compose de plusieurs étapes peut être arbitrairement défini par une seule étape, par exemple "pulvérisation". Bien que pratique, cela peut être trompeur.
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Les volumes de pratique et d'étude de cas du KPC se composent de trois types de flux de travail :
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- Optimisation - Une extension des workflows de développement où un plus grand nombre d'options sont envisagées pour obtenir le meilleur mélange de coût, de taux et de qualité pour votre application.
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