Study of Polyethylene Crystallization

Dans l'industrie, les produits finis en plastique sont fabriqués par diverses techniques de traitement telles que le moulage par compression, le moulage par injection, le moulage par soufflage, l'extrusion, etc. Ces opérations impliquent l'exposition de résines polymères à de nombreux conditions telles que la température, pression, contrainte, etc. Certaines conditions sont connues pour affecter la nature de la structure cristalline des polymères semi-cristallins qui est contrôlée par des mécanismes de cristallisation. Pour un matériau tel que le polyéthylène (PE), la structure de la chaîne polymère influence la morphologie et la cristallinité. Les nanocristaux de PE ont attiré une attention considérable en raison des applications potentielles dans la technologie et de leurs propriétés fascinantes qui sont différent clairement des leurs matériaux en vrac correspondants. Il existe plusieurs méthodes pour déterminer la cristallinité du polymère, mais la plupart d'entre elles sont destructrices et fournissent des informations ponctuelles. Elles nécessitent également souvent un temps de manipulation important, tandis que les expériences sur des objets à l'échelle nanométrique sont souvent restées avec une grande incertitude en raison de la difficulté de produire et de manipuler ces objets à des échelles de longueur inférieures à 10 nm. Pour ces raisons, les méthodes de calcul sont considérées comme des outils parfaits pour mieux comprendre ces observations expérimentales. La finalité de cette étude vise à révéler l'effet des conditions environnementales sur la température de fusion des nanocristaux de chaînes alcanes en utilisant tant des simulations de dynamique moléculaire afin de représenter au mieux des composés réels ainsi que des techniques expérimentales pour étudier les conditions de traitement sur leur tension interfaciale. Il a été montré que la loi de Gibbs-Thomson peut être reproduite, car cette loi dévoile une relation linéaire entre la température de fusion et l'inverse de l'épaisseur du cristal. Pour révéler efficacement l'impact des conditions environnementales sur le comportement de fusion PE, un nanocristal composé de chaînes d'alcane est incorporé dans une phase amorphe. Finalement, l'étude du comportement de fusion et de cristallisation des polymères sous haute pression a un intérêt fondamental pour la compréhension de la structure du polymère. Suite à notre travail sur le nanocristal chaînes d'alcane, nous avons calculé la valeur de la tension interfaciale à différentes pressions pour explorer l'effet de ce paramètre sur la température de fusion et la tension interfaciale de ce matériau. Plus précisément: a) Nous avons démontré que la température de fusion augmente et la tension interfaciale diminue, en comparant les résultats obtenus avec des chaînes d'alcanes nanocristal incorporées dans une phase amorphe avec un nanocristal isolé. Cela peut se révéler grâce au comportement du déplacement quadratique moyenne d'une particule près de la surface du cristal dans les deux systèmes (chaînes d'alcanes nanocristal incorporées dans une phase amorphe avec un nanocristal isolé). Les interactions entre les monomères non liés dans nanocristal chaînes d'alcane et alcanes dans la phase amorphe diminuent la mobilité des chaînes dans le cristal conduisant à une température de fusion plus élevée et une tension interfaciale plus faible. b) Il a été montré que l'augmentation de la pression entraîne une diminution de la tension interfaciale, ce qui peut s'expliquer par une diminution de l'énergie libre de Gibbs. De plus, en comparant les expériences et les données de simulation, nous obtenons une correspondance précise qu'en augmentant la pression, le point de fusion des échantillons augmentera aussi. Dans la partie expérimentale, l'effet de la température du moule, de la pression du moule, du taux de refroidissement et du profil de température sur les propriétés thermiques et mécaniques des échantillons sont étudiés. Les résultats confirment que pour des échantillons symétriques (température de moulage uniforme), une température de fusion, les modules de flexion et de traction plus élevées découlent d'une augmentation de la pression et la température de moulage, tout en diminuant la vitesse de refroidissement. D'autre part, pour les échantillons asymétriques où le gradient de température est appliqué lors du moulage, le module de traction et de flexion ne dépend pas seulement de la différence de température, mais aussi de la température moyenne entre les plaques supérieure et inférieure de la presse à mouler par compression. On observe que les modules de traction et flexion les plus élevés sont obtenus pour la température la plus basse sur les deux plaques. Ce comportement peut être clairement révélé en utilisant le rapport de module de flexion qui représente la valeur mesurée lorsque la charge est appliquée sur les côtés supérieure et inférieure (Eb / Eu). Enfin, il a été montré que l'augmentation de la pression de moulage entraîne une tension interfaciale la plus basse qui peut s'expliquer par une diminution de l'énergie libre de Gibbs pendant la cristallisation. Ce résultat a également confirmé les données de simulation.

Name thesis:degree_name

Ph. D.

Level thesis:degree_level

Doctorat

Discipline thesis:degree_discipline

Chimie

Grantor dc:publisher

Université de Sherbrooke

Year dc:date.issued

2018

Author dc:creator

• Shamloo, Azar

Advisor dc:contributor.advisor

• Soldera, Armand

• Molecular Dynamic Simulation
• Polyethylene
• Gibbs-Thomson Equation
• Melting Point
• Processing Conditions
• Thermal Properties
• Mechanical Properties

Language dc:language.iso

en

Handle dc:identifier.uri

http://hdl.handle.net/11143/12350

OAI identifier oai:identifier

oai:usherbrooke.scholaris.ca:11143/12350