THERMODYNAMIQUE :CHANGEMENTS D ETAT page:1 Les changements d état que subissent les polymères lors de leur transformation sont régis par les lois de la thermodynamique Exemple : Action ou procédé thermodynamique Etat thermodynamique Etat thermodynamique B A FUSION SOLIDE LIQUIDE SOLIDIFICATION (cristallisation) LIQUIDE SOLIDE VARIABLES D'ETAT L état thermodynamique d un système en équilibre, ainsi que tout procédé thermodynamique qui fait passer un système d un état A à un état B, est défini par des variables d état Les variables d état sont les suivantes p = PRESSION T = TEMPERATURE v = VOLUME MASSIQUE Lorsque l une de ces variables varie elle entraîne obligatoirement une variation des 2 autres ( ou de l une d entre elle ). Pour décrire un système il suffit de connaître 2 variables d état. Notons que lors d'un moulage par injection: il est possible de mesurer l évolution de la pression et de la T 0 de la masse de matière dans le moule, pendant le processus de moulage, par contre on ne peut pas mesurer l évolution du volume massique ( ou si vous préférez de la masse volumique du polymère) pendant son passage de l état liquide à l état solide En conséquence l évolution du volume massique de l échantillon de polymère en fonction de p et de T, est définie au stade du laboratoire dans des appareils qui portent le nom de DILATOMETRE 1) EXEMPLE : Courbe qui montre l évolution de v en fonction de T Essai réalisé à pression constante POLYMERE 1: structure amorphe : PS POLYMERE 2: structure cristalline: PEHD RAPPEL: v = 1 ρ
REMARQUES: courbe 1 : PEHD Utilisation des courbes Pvt page:2 courbe 2 : PS ATTENTION : A l état fondu, les lois de la thermodynamique s appliquent aux polymères, car le produit ( de par sa structure amorphe homogène ) peut être considéré comme un système en équilibre (homogène ). Mais ceci est faux â l'état SOLIDE. En effet â l état solide le polymère est en EQUILIBRE THERMIQUE, mais n est pas en EQUILIBRE STRUCTURAL. Sa structure est donc susceptible d évoluer afin de tendre vers un état d équilibre plus grand. Nous avons déjà vu que l équilibre structurale du polymère est d autant plus grand que sa VITESSE DE REFROIDISSEMENT EST LENTE (choc thermique = mauvais équilibre structural) 2)EXEMPLE : courbes qui montrent l évolution de v en fonction de la vitesse de refroidissement du polymère a = matière amorphe b = matière semi-cristalline I = refroidissement rapide II = refroidissement lent REMARQUES a = matière amorphe
page:3 B= matière semi-cristalline : 3)COURBES pvt On étudie la variation du volume massique du polymère en fonction de la température et de la pression Les courbes pvt admettent deux représentations : Courbe pvt d une matière amorphe : PS Courbe pvt d une matière semi-cristallinepehd 0 50 100 150 200 C 250 300
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page:5.utilisation DES COURBES pvt Le moulage des matières plastiques peut être considéré comme un procédé thermodynamique Les courbes pvt sont capitales dans la mesure ou elles permettent de suivre l évolution du volume massique (on dit aussi volume spécifique ) du polymère en fonction de 2 paramètres de moulage très importants : l'évolution de la température de masse du polymère et la pression de la matière dans le moule pendant le moulage. CAS GENERAL La pression et la température sont enregistrée dans le moule, au moyen de capteurs pendant le processus de moulage. Ces valeurs de T et p sont reportées sur le diagramme pvt et permettent de suivre l évolution du volume massique du polymère pendant l injection EXEMPLE : matière amorphe PS courbe I : pression dans le moule en fonction du temps courbe Il: température de la matière dans le moule en fonction du temps courbe pvt A : début d'injection B: arrivée de la matière sur le capteur de pression BàC: remplissage du moule C: moule rempli D: pression max. de compactage E: commutation en maintien F : maintien en pression FàG: chute de pression de maintien due au refroidissement H: la pièce se détache du capteur de pression J: démoulage K:pièce à T d'utilisation
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