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Mélange de polymères

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Unmélange de polymères est un mélange macroscopiquement homogène d'au moins deuxpolymères^[1].

Classification

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Les mélanges de polymères peuvent être divisés en trois catégories :

mélanges non miscibles de polymères (mélanges hétérogènes de polymères) : c'est la catégorie la plus fréquente. Un mélange constitué dex polymères axtempératures de transition vitreuse ;
mélanges miscibles de polymères (mélanges homogènes de polymères) : un mélange de polymères ayant une structure monophasée. Dans ce cas, une seule température de transition vitreuse est observée quel que soit le nombre de polymères composant le mélange. Cette température peut être prédite par exemple grâce à l'équation de Fox ;
mélange àmiscibilité métastable de polymères : un mélange de polymères qui présente une miscibilité métastable^[2].

Exemples

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L'identification des mélanges de polymères est effectuée ci-dessous selon la norme ISO 1043 :

poly(oxyde de phénylène) +polystyrène : PPO+PS :Noryl développé parGeneral Electric Plastics en 1966 (aujourd'hui propriété deSabic). La miscibilité de deux polymères en Noryl se fait grâce à la présence d'un cycle aromatique dans lesmotifs de répétition des deux chaînes ;
poly(téréphtalate d'éthylène) +poly(téréphtalate de butylène) : PET+PBT ;
polypropylène +éthylène-propylène-diène monomère : PP+EPDM ;
polycarbonate +acrylonitrile butadiène styrène : PC+ABS : Bayblend, Pulse, Anjablend A.

Morphologie

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En fonction de la composition d’un mélange de polymères immiscibles et de l'écoulement appliqué, lamorphologie peut être nodulaire, fibrillaire ouco-continue. Dans un mélange déséquilibré, la phase minoritaire (phase dispersée) est dispersée dans la phase majoritaire (matrice) sous forme de nodules ou de fibres. Quand on augmente la fraction de la phase dispersée, les nodules ou les fibres existant fusionnent et grossissent (phénomène decoalescence). Au-delà de l’inversion de phase, la phase initialement sous forme de nodules ou de fibres devient continue et inversement. À fraction équilibrée, le mélange présente une morphologie co-continue^[3]. Cette plage de co-continuité varie selon la nature du mélange et le procédé de fabrication^[4].

Le passage d'une morphologie nodulaire à une morphologie fibrillaire dépend de larhéologie des deux phases constituant le mélange et de la nature de l'écoulement appliqué pour fabriquer le mélange (un écoulement élongationnel est favorable pour créer des fibres à partir des nodules de la phase minoritaire du mélange). Afin que la matrice du mélange puisse déformer les nodules de la phase dispersée, la viscosité et surtout l'élasticité de la matrice doit être supérieure à celle de la phase dispersée^[5].

Fabrication

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La fabrication des mélanges de polymères a lieu généralement par le mélange vigoureux des polymères fondus ensemble^[6]. Ce mélange peut se faire parextrusion.

La compatibilisation des polymères entre eux se fait :

physiquement : par cisaillement élevé, chauffe ou irradiation ;
chimiquement :
- par addition d'agents compatibilisant comme des polymères et surtout descopolymères,
- par formation d'agents compatibilisant lors du mélange, on parle alors de compatibilisation réactive. C'est par exemple le cas de l'extrusion réactive^[7].