Laquelle des affirmations suivantes décrit le mieux le polystyrène atactique linéaire (T g = 100 o C) à la température ambiante?

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1 QUESTION N O 1 (4 ponts) Laquelle des affrmatons suvantes décrt le meux le polystyrène atactque lnéare (T g = 100 o C) à la température ambante? a) Thermodurcssable, amorphe et vtreux b) Thermodurcssable, amorphe et caoutchouteux c) Thermoplastque, sem-crstalln d) Thermodurcssable, sem-crstalln e) Thermoplastque rétculé f) Thermoplastque, amorphe et vtreux g) Thermoplastque, vtreux et caoutchouteux Réponse : QUESTION N O 2 (5 ponts) Le PVC pur (polychlorure de vnyle) est un polymère amorphe à la température ambante (20 o C). Sa température de transton vtreuse est d envron 80 o C. Parm les énoncés suvants, lesquels sont vras (chaque mauvas chox annule un bon). a) À 20 o C, son module est de l ordre de quelques GPa. ( ) b) À 20 o C, l est transparent. ( ) c) À 50 o C, l est opaque. ( ) d) À 90 o C, son module sera de l ordre de GPa. ( ) e) L ncorporaton d un plastfant donnera un mélange dont la température de transton vtreuse sera plus élevée que 80 o C. ( ) page 1 de 13

2 QUESTION N O 3 (8 ponts) Sot deux substances : A dont la masse moléculare est de 100 et B dont la masse moléculare est de 200. a) Quelles quanttés de A et de B (en g) devons-nous mélanger pour obtenr 10 grammes de mélange de masse moléculare moyenne en nombre M n = 150? b) Quelles quanttés de A et de B (en g) devons-nous mélanger pour obtenr 10 grammes de mélange de masse moléculare moyenne en pods M w = 125? NOTES : M n = M N N M w = M M 2 N N Réponses : a) A B) b) A B) page 2 de 13

3 QUESTION N O 4 (6 ponts) Sot pluseurs polymères purs caractérsés par leurs températures de fuson T f et de transton vtreuse T g ; tous peuvent, sous certanes condtons, crstallser. Ces polymères ont été moulés, sans aucun pgment, en plaques. Après le moulage, on a détermné le taux de crstallnté X à 20 o C. T g ( o C) T f ( o C) X A B C D E Identfez le(ou les) polymères : a) qu pourrat(ent) être un polyéthylène; b) qu est(sont) amorphe(s); c) qu est(sont) mpossble(s) à obtenr (combnason de T g, T f et X contradctore); d) qu aurat(ent) un module (E) supéreur à 10 MPa. Réponses : a) b) c) d) page 3 de 13

4 QUESTION N O 5 (6 ponts) Le PVC a une densté de 1.45 g/cm 3 et une température de transton vtreuse de 90 o C. Quels adjuvants utlse-t-on : a) pour obtenr un matérau ayant une densté de 0.3 g/cm 3? b) pour augmenter la rgdté de façon très substantelle? c) pour dmnuer sa T g? d) pour augmenter sa température de fléchssement sous charge? Réponses : a) b) c) d) page 4 de 13

5 QUESTION N O 6 (6 ponts) Sot deux monomères C et D. Lorsqu on polymérse le monomère C, on obtent un homopolymère amorphe dont la température de transton vtreuse est de 100 o C. Lorsqu on polymérse le monomère D, on obtent un homopolymère amorphe dont la température de transton vtreuse est de -40 o C. Les deux homopolymères sont mutuellement mmscbles. 1) Avec les mêmes monomères C et D, on prépare dvers copolymères. Quelles seraent leurs températures de transton vtreuse? a) Copolymère statstque contenant 70 % de C et 30 % de D b) Copolymère séquencé CCCC DDDD contenant 70 % de C et 30 % de D c) Copolymère statstque contenant 20 % de C et 80 % de D 2) Lequel de ces copolymères serat le plus rgde à 80 o C? 3) Lequel de ces copolymères serat le mons rgde à 0 o C? page 5 de 13

6 QUESTION N O 6 (sute) Réponses : 1) a) b) c) 2) 3) page 6 de 13

7 QUESTION N O 7 (8 ponts) On a préparé une tge en matérau composte en utlsant 500 g de fbres de verre (E = 70 GPa, ρ = 2.5 g/cm 3 ) et 500 g de résne (E = 3 GPa, ρ = 1 g/cm 3 ). Le damètre de la tge est de 1 cm. a) Quelle est la longueur de la tge? b) Quel serat le module d élastcté de la tge s toutes les fbres étaent parfatement orentées dans le sens de la longueur de la tge? c) Quelle force (en tracton) faudrat-l mposer pour allonger la tge (de la sous-queston b) de 1 mm? d) Lorsqu on a détermné le module d élastcté de la tge fabrquée, la valeur trouvée correspondat à celle d un matérau composte dans lequel les fbres sont désalgnées (de 20 o ) par rapport à la drecton de sollctaton. Quel est le module effectf (réel) de la tge? NOTE : coeffcent de l orentaton K = o a n n 4 cos Θ page 7 de 13

8 QUESTION N O 7 (sute) Réponses : a) b) c) d) page 8 de 13

9 QUESTION N O 8 (4 ponts) Un matérau vscoélastque, soums à un essa de relaxaton de contrante à ε = ε o = 0. 03, a la réponse suvante : 9 σ ( t ) = 10 /(1 + 3t) où σ représente la contrante (en Pa), ε la déformaton ( L / Lo ) et t le temps en secondes. a) Quel est le module de relaxaton du matérau à t = 10-6 s? b) Quel est le module de relaxaton du matérau à t = 1000 s? Réponses (ne pas oubler les untés) : a) b) page 9 de 13

10 QUESTION N O 9 (6 ponts) Un matérau vsqueux dont le comportement correspond à celu d un amortsseur caractérsé par une vscosté η = Pa s est soums à un essa de tracton à vtesse de déformaton constante ε & = d ε / dt = A (à t = 0, ε = 0). a) À t = 80 s, la contrante σ = Pa. Calculez la vtesse de déformaton A. b) Consdérant toujours un essa de tracton à vtesse de déformaton constante, quelle vtesse de déformaton faudrat-l mposer pour que, à t = 20 s, la contrante σ sot égale à Pa? c) Quelle serat la complasance de fluage de ce matérau J (50 s) lors d un essa de fluage à σ = 3 MPa? Réponses (ne pas oubler les untés) : a) A= b) ε& = c) J (50 s) = page 10 de 13

11 QUESTION N O 10 (4 ponts) Un ressort caractérsé par son module d élastcté E = 1.2 GPa est soums à un essa de tracton à vtesse de déformaton constante ε & = d ε / dt = A (à t = 0, ε = 0). a) À t = 50 s, la contrante σ = Pa. Calculez la vtesse de déformaton A. b) Consdérant toujours un essa de tracton à vtesse de déformaton constante, quelle vtesse de déformaton faudrat-l mposer pour que, à t = 50 s, la contrante σ sot égale à Pa? Réponses (ne pas oubler les untés) : a) A= b) ε& = page 11 de 13

12 QUESTION N O 11 (6 ponts) On vous demande de concevor une brosse à dents en utlsant du polyéthylène comme le seul matérau. Proposez tros méthodes pour fare varer la rgdté en flexon des pols de la brosse (vous ne pouvez pas proposer l utlsaton d addtfs). page 12 de 13

13 QUESTION N O 12 (15 ponts) Répondre par Vra (V) ou Faux (F). Une bonne réponse vaut 1 pont, une mauvase réponse entraîne une pénalté de 0,5 pont et aucune réponse n'entraîne pas de pénalté. Au cas où le total des ponts serat négatf, le résultat pour cette queston sera 0 (zéro). a) Le polystyrène et le polycarbonate sont à la fos transparents et rgdes à la température ambante (E 3 GPa). Cec est dû au fat que leur température de transton vtreuse (T g ) est ben au-dessus de la température ambante. ( ) b) Un polypropylène sotactque crstallsera plus lentement qu un polypropylène atactque. ( ) c) Plus un polymère crstallsable sera refrod rapdement (à partr de l état fondu), plus son taux de crstallnté sera élevé. ( ) d) Le nylon 66 (PA66) à l état sec a une température de transton vtreuse plus basse que celu ayant absorbé 1 % de l eau. ( ) e) Dans un test de fluage, le module de fluage à 1000 h d un matérau sera plus élevé que celu mesuré à 1 heure. ( ) f) La vscosté d un plastque fondu augmente s la masse moléculare dmnue. ( ) g) Le polyéthylène lnéare de basse densté sera plus rgde que le polyéthylène de haute densté parce qu l crstallse meux. ( ) h) La perméablté aux gaz d un polymère sem-crstalln augmente avec le taux de crstallnté crossant. ( ) ) Pour le polyéthylène, le rasonnement suvant est logque (à température constante) : s la densté du PE augmente, c est que le rapport (volume amorphe/volume crstalln) dmnue. ( ) j) La ramfcaton de chaînes de polyéthylène dmnue leur capacté de crstallser. ( ) k) L orentaton moléculare (de chaînes) des polymères synthétques est un phénomène qu apparaît lors de la polymérsaton. ( ) l) Pour un thermoplastque sem-crstalln possédant un taux de crstallnté proche de 100 %, la température de transton vtreuse (T g ) aura peu d effet sur la valeur du module de relaxaton à 10 s (E r (10 s)). ( ) m) Un polymère fortement rétculé ne s écoule pas lorsqu l est chauffé au-dessus de sa température de transton vtreuse. ( ) n) La résstance au choc dmnue avec l augmentaton de la masse moléculare moyenne en pods. ( ) o) Un copolymère séquencé styrène-butadène est obtenu en mélangeant du polystyrène avec du polybutadène. ( ) page 13 de 13