Brevet FR2256026A1 — publié le 19750725

L'invention concerne un procédé pour la confection d'éprouvettes en polymères thermoplastiques. Jusqu'à maintenant, on a façonné les polymères thermoplastiques amorphes et cristallins en éprouvettes par la voie classique, c'est-à-dire par extrusion, injection ou moulage à la presse. Pendant ltopération de façonnage, naissent des forces de poussée et de pression qui rendent irrégulière l'orientation des macromolécules. Il en résulte une déformation des résultats des essais physiques et mécaniques, voire même des essais de résistance chimique. Lorsque par exemple, pour confectionner des éprouvettes en moulant à la presse, on emploie des granulés obtenus par extrusion, les macromolécules sont déjà orientées dans une direction impartie par l'opération de fabrication.Cette orientation ne peut que très difficilement disparaitre. Dans la confection d'éprouvettes par injection, il est tecbniquement très difficile de mattriser le refroidissement de la matière fondue dans le moule. Un refroidissement irrégulier donne naissance, avec des polymères amorphes, à des produits présentant des tensions internes et, avec les polymères cristallins, donne en plus naissance à des produits présentant une cristallisation irrégulière dans tout le volume. A ce point de vue, les meilleurs résultats sont obtenus avec la confection d'éprouvettes, par exemple des plaques en matières thermoplastiques, par mou- lage par injection dans lequel le processus de refroidissement peut mieux se maitriser.L'orientation qui a pris naissance et qui est sensiblement moindre lors de l'injection peut disparattre par un réchauffage ultérieur, mais ceci modifie l'état physique initial de I' objet, tel que son degré de cristallisation, le volume qu'elle prend librement etc.. Avec quelques polymères, par exemple le polytrifluorochloréthylène, le chlorure de polyvinyle, le polyphénylènoxyde, etc.. la transformation par la technologie mentionnée ci-dessus occasionne des modifications défavorables de la structure chimique du matériau initial à cause de l'application de températures élevées sous pression atmosphérique et en présence de lto ygène de l'air. Les essais physiques et mécaniques évaluent donc les propriétés d'un ma- tériau qui, par comparaison avec son état initial, a changé de structure après# la polymérisation. L'objet de l'invention est de créer un procédé simple et économique permettant de pallZier~les défauts ci-dessus. À cet effet, l'invention concer-ne~unrprocéd~- pour la confection d'éprouvettes en polymères thermoplastiques caractérisé en ce que l'on fritte le polymère dans un moule dans un four où l'on réduit la pression, le frittage étant effectué à la température d'écoulement visqueux du polymère, c'estXa-dire à une température où le polymère est suffisamment liquide et où aucune force oc camionnant une orientation indésirable des macromolécules n'agit sur le polymère.Le degré de cristallisation requis peut s'obtenir pour les éprouvettes soit par un refroidissement contrôlé sous vide, le cas échéant à la pression atmosphérique, de la température de frittage, à la température ambiante, soit en refroidissant rapidement le polymère à fritter à la température de cristallisation. Dans ce cas, on peut effectuer la cristallisation dans des conditions approximativement isothermes. La température de cristallisation est inférieure à la température de fusion du polymère. Avec les polymères amorphes, on obtient la structure morphologique requise et le volume qu'ils prennent librement, soit par refroidissement du polymère à fritter à une température qui est plus basse que la température ck le polymère passe à l'état vi treux, le refroidissement étant effectué sous vide ou à la pression atmosphérique, soit par refroidissement intense du polymère à fritter dans un liquide qui est inerte par rapport à lui. Le procédé pour la confection d'éprouvettes en polymères thermoplastiques suivant l'invention, permet d'obtenir des objets ayant une structure homogène, c'est-a,dire que ce procédé crée de meilleures conditions préalables à une évaluation des propriétés physiques et mécaniques et des autres propriétés des polymères, plus précise que les procédés connus jusqu'à maintenant pour la confection des éprouvettes. On peut aussi, de cette façon, confectionner des éprouvettes en matières thermopkastiques contenant des charges fibreuses, à base de verre, de métal, de carbone, etc... Un autre avantage du procédé suivant l'invention réside en-ce qu'il donne la possibilité d'utiliser aussi pour la confection des éprouvettes de polymères moins stables puisque lt- on peut, sous une pression réduite, les exposer aux températures de frittage pendant un temps sensiblement plus long, sans courir le danger d'une destruction thermique, d'une dégradation par oxydation, etc... A titre d'exemple du procédé de confection suivant l'invention, on décrira l'obtention d'éprouvettes en polystyrène atactique et en polyéthylène linéaire. On répand une quantité pesée du polymère en granulé ou en poudre sur une plaque de verre dégraissée ou de métal poli dans l'espace délimité par une armature métallique formant un cadre et déterminant, en même temps, l'épaisseur de la future éprouvette. Sur le polymère répandu, on pose une plaque supérieure du m8- me matériau et on la charge d'un poids créant une pression de 0,001 à 0,01 kp/cm2. Dans un four à vide spécialement construit, on peut déclencher la force de pression à l'aide d'un mécanisme à levier. Après introduction du polystyrène ou du polyéthylène dans le four sous vide préchauffé à la température correspondante, par exemple de 1600C pour le polystyrène et de 15000 pour le polyéthylène, on fait le vide dans le four jusqu'à une pression de 50 torr0 Dans ces conditions, le frittage du polystyrène dure 10 heures à une température de 16000 et celui du polyéthylène dure 8 heures à une température de 15000 pour une épaisseur d'éprouvette de 0,4 mm.Dans le mode de refroidissement des plaques le plus simple, à la vitesse de 0,300/ minute, sous vide, et sous l'influence d'une force de pression de l'importance indiquée ci-dessus, on ne constate, dans ces matériaux, pas d'anisotropie que pourrait mettre en évidence une double réfraction ou la mesure des propriétés mécaniques. Par rapport à des plaques moulées à partir des mêmes matériaux sous une pression de 260 kp/cm2, la dispersion des valeurs des propriétés mécaniques est sensiblement plus faible. le procédé pour la confection des éprouvettes suivant l'invention, convient en premier lieu aux laboratoires scien tiflques, aux laboratoires officiels9 et aux autres laboratoires où l'on 8'occupe de ltétude fondamentale des rapports entre la structure et les propriétés des polymères, puisqu#;malgré son extrdme simplicité, il impose des contraintes de temps pendant la phase de chauffage et de refroidissement des éprouvettes. Bien entendu; l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V B N D I C A T I O N S 1.- Procéda pour la confection d'éprouvettes en polymères thermoplastiques, caractérisé en ce què l'on fritte le polymère dans un moule dans un four où l'on a réduit la pression, le frittage étant effectué à la température d'écoulement visqueux du polymère c'est-à-dire la température où le polymère est suffisamment liquide et où aucune force occasionnant une orientation indésirable des macromolécules n'agit sur lui. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce quels pour un polymère cristallin, pour obtenir l'orientation requise de la phase cristalline on refroidit le polymère fritté dans des conditions contr8léezz à la température de cristallisation ou en dessous de cette température. 5.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on refroidit le polymère fritté sous vide ou à la pression atmosphérique, à la température ambiante, à une vitesse quelconque. 4.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'on fait descendre le polymère fritté, sous vide, à la température de cristallisation qui est inférieure à la température de fusion du polymère et qu'on le laisse cristalliser librement dans des conditions isothermes. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on refroidit le polymère en vue d'obtenir la structure morphologique requise et le volume qutil prend librement. 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que lion refroidit le polymère fritté dans des conditions contr8lées, sous vide ou à la pression atmosphérique à une température plus basse que la température où ce polymère passe à 11 état vitreux. 7.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'on refroidit énergiquement le polymère fritté dans un liquide inerte par rapport au polymère.