Comportement dépendant de la température (oscillation)

Les balayages de température sont souvent effectués pour caractériser les structures polymères et, en particulier, pour décrire la superstructure interne et la configuration des macromolécules. Les fonctions dépendantes de la température du module de stockage G' et du module de perte G'' (et parfois le facteur de perte tanδ = G''/ G' en tant que rapport des deux modules) sont généralement présentées. Les deux paramètres les plus importants pour l'évaluation sont : Température de transition vitreuse T_g, qui se trouve approximativement au milieu de la plage de transition vitreuse. Lors du chauffage d'un polymère froid et rigide, la plage de transition vitreuse commence aux premiers signes de ramollissement et se termine lorsque l'état fondu a été complètement atteint. La valeur de T_g dépend significativement du taux de chauffage ou de refroidissement. Plusieurs méthodes d'évaluation sont disponibles et sont décrites dans diverses normes. Pour de nombreux utilisateurs, la méthode suivante est le choix privilégié et c'est pourquoi elle est recommandée ici : la température à G'' maximum est prise comme T_g (voir les normes ASTM D4065, D4092, E1640). Alternativement, la température au maximum de la courbe tanδ peut être prise comme T_g (comme indiqué également dans ASTM E1640). La dernière méthode aboutit généralement à un T_g plus élevé que celui déterminé à partir du maximum de G''. Par conséquent, la méthode d'analyse utilisée doit toujours être indiquée dans le protocole de test. La température de fusion T_m, qui est la température au point de croisement G' = G''. Les scientifiques des matériaux distinguent généralement trois groupes de polymères en fonction de la configuration des macromolécules à l'état froid : 1) polymères amorphes, 2) polymères partiellement cristallins, et 3) polymères réticulés :

Lorsque les solutions et dispersions cristallisantes sont chauffées et fondues, ou refroidies et solidifiées dans la région de leur température de cristallisation T_k, les courbes de G' et G'' et celle de tanδ montrent une forte diminution ou augmentation, respectivement, dans une plage de température très étroite (Figure 4).

Des tests types dans ce champ ont pour but d'étudier le comportement pendant la formation de gel ou la réticulation chimique quand un échantillon est chauffé. Le cisaillement constant est préréglé, ce qui signifie que ce test oscillatoire est effectué dans des conditions dynamiques-mécaniques constantes. Ainsi, les paramètres d'amplitude de déformation de cisaillement (ou de contrainte de cisaillement) ainsi que la fréquence (angulaire) sont maintenus constants dans ce test. Dans la plupart des cas, les tests CSR sont préférés. Un inconvénient des tests de contrainte de cisaillement contrôlé est qu'avec l'augmentation des valeurs de G' et G'', l'ampleur de la déformation résultante de l'échantillon diminuera continuellement. Un profil de température défini est préprogrammé, par exemple avec un gradient de température de 1 °C par minute. Il est recommandé de sélectionner des systèmes de mesure jetables composés d'une assiette jetable et d'un plat jetable à usage unique. En conséquence, les fonctions dépendantes de la température de G' et G'' sont évaluées (Figure 6). Les trois températures suivantes sont d'un intérêt particulier : Température de fusion T_m au point de croisement G' = G'' ; au-delà de ce point, l'échantillon est liquide. Début du processus de formation ou de durcissement du gel à T_CR, par exemple sous la forme d'une réaction chimique. À G' ou G'' minimum, les valeurs de G' et G'' – ainsi que la température à ce point – sont importantes. Si ces valeurs sont trop élevées, un échantillon peut ne pas s'écouler et se niveler aussi bien que souhaité ; si ces valeurs sont trop basses, des problèmes tels que la défaillance des bords d'un revêtement peuvent survenir (par exemple avec des revêtements en poudre). Transition sol/gel T_SG au deuxième point de croisement G' = G''; au-delà de ce point, l'échantillon est solide.