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Thèse Année : 2006

IDENTIFICATION D'UN COMPORTEMENT TERMINAL ELASTIQUE DANS LES FONDUS DE POLYMERES, DE POLYMERES CRISTAUX LIQUIDES ET ANALYSE DE LA TRANSITION DE PHASE INDUITE PAR CISAILLEMENT

Résumé

SUMMARY: When the shear flow couples to the fluid dynamic, the system enters into a non-linear regime.
The shear-induced birefringence within the isotropic phase of side-chain liquid crystalline polymers (SCLPs) is a non-linear phenomenon associated to long time scales, and although spectacular, it can be explained neither by a flow coupling with phase pretransitional dynamics nor with the conventional viscoelastic relaxation times. A classical approach is not suitable to elucidate the origin of the shear induced birefringence.
By controlling the interfacial properties, we show that the rheological response of SCLP, particularly in the isotropic phase, is fundamentally different from the expected low frequency flow behaviour: the melt displays a predominant elastic response (gel-like or solid-like). This elasticity, observed far away from any transition, does not originate from mesomorphic or pretransitional effect.
The analysis of the dynamic properties of amorphous ordinary polymers entangled or not, confirms that this terminal elasticity is generic, contrasting with the commonly reported flow behaviour. We show that the increase of the strain and the sample thickness leads to a lowering of the elasticity strength. The thickness effect has been interpreted in terms of non-conservative parameters which provide mobility to the system. At low thickness and at low strain rate, the measurement of the elasticity is free from these non-conservative contributions: the intrinsic elasticity is measurable. We show that the intrinsic elasticity increases with the molecular weight up to a critical molecular weight which coincides with the onset of the bulk entanglements and which corresponds to the magnitude of the conventional rubbery plateau. The intermolecular forces of the elasticity are equivalent to the entanglement elasticity. We show that the elastic response strongly depends on the nature of these intermolecular interactions.
Lorsque le cisaillement entre en compétition avec la dynamique du fluide, on entre alors dans le domaine des déformations non-linéaires. La biréfringence induite par cisaillement dans la phase isotrope des polymères cristaux liquides en peigne (PCLP), est un phénomène non-linéaire associé à de longs temps de relaxation, et bien que spectaculaire, il ne peut être expliqué ni par un couplage du cisaillement avec le temps de
vie des fluctuations d'orientation prétransitionnelles, ni avec le temps terminal viscoélastique. Les descriptions conventionnelles ne sont donc pas assez puissantes pour décrire la biréfringence induite par cisaillement.
En contrôlant les propriétés interfaciales, nous montrons que la réponse rhéologique des PCLP, en particulier dans l'état isotrope, est fondamentalement différente du comportement d'écoulement habituellement décrit à basses fréquences : le fondu présente un caractère élastique prédominant (gel ou solide). Cette élasticité, observée loin de toutes transitions, n'est ni due aux propriétés mésomorphes, ni à la dynamique prétransitionnelle.
L'analyse des propriétés dynamiques de polymères ordinaires, amorphes, enchevêtrés et non enchevêtrés confirme que cette élasticité est une propriété générique. Nous montrons que l'augmentation de l'épaisseur et de la déformation induit une chute de l'élasticité. L'effet de l'épaisseur a été interprété par la participation de paramètres dissipatifs qui apportent de la mobilité au système. A faible épaisseur et à faible amplitude de déformation, la mesure est affranchie de ces paramètres non conservatifs et l'élasticité intrinsèque est alors mesurée. Nous montrons que l'élasticité intrinsèque augmente, puis sature à une valeur qui coïncide avec la hauteur du plateau caoutchoutique, au delà d'une masse moléculaire critique qui coïncide avec la définition du régime enchevêtré. Les forces intermoléculaires de cette élasticité sont du même ordre de grandeur que l'élasticité provenant des enchevêtrements. Nous montrons que la force de la réponse élastique dépend fortement de la nature de ces interactions intermoléculaires.
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tel-00230247 , version 1 (31-01-2008)

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  • HAL Id : tel-00230247 , version 1

Citer

Hakima Mendil. IDENTIFICATION D'UN COMPORTEMENT TERMINAL ELASTIQUE DANS LES FONDUS DE POLYMERES, DE POLYMERES CRISTAUX LIQUIDES ET ANALYSE DE LA TRANSITION DE PHASE INDUITE PAR CISAILLEMENT. Physique [physics]. Université Paris Sud - Orsay, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00230247⟩
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