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OCLC number
1430624000
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Author
Maani, Amirhossein.
Title
Relationship Between Rheology, Morphology and Foamability of Thermoplastic Olefin (TPO) Blends.
Degree
Ph.D. -- École Polytechnique de Montréal, 2012
Publisher
[Montréal, Québec] : École Polytechnique de Montréal 2012
Description
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Abstract
Dues aux propriétés uniques des oléfines thermoplastiques (TPO), cette classe de mélange polymères a suscité un grand intérêt de la part de l'industrie de transformation des polymères. Bien que plusieurs projets de recherche ont été consacrés à l'étude de la microstructure et des propriétés diverses de ces matériaux, le comportement moussant des TPO n'a pas encore été totalement élucidé. Le but de cette étude est de contrôler le comportement moussant des TPO par la compréhension du rôle des propriétés rhéologiques et morphologiques dans la formation des structures cellulaires. Une attention particulière est accordée au phénomène de coalescence des phases qui joue un rôle majeur dans le développement de la morphologie des mélanges polymères. À cet égard, l'étendue de la coalescence causée par l'écoulement dans les TPO a été tout d'abord étudiée au moyen d'une approche rhéologique. Un modèle rhéologique en régime transitoire a été utilisé pour décrire l'évolution de la morphologie des mélanges pendant le cisaillement soumis à un champ de contraintes de cisaillement homogène. L'étude de TPO avec différentes concentrations a montré que les modèles phénoménologiques en régime transitoire peuvent être utilisés pour simuler la coalescence et pour décrire l'influence de la fréquence de collision en fonction de la fraction volumique. Il a aussi été montré que la coalescence est favorisée par une viscosité des inclusions plus faible. Cela a été attribué à l'augmentation de la mobilité interfaciale qui peut réduire le temps de drainage et faciliter la collision de deux gouttes qui s'approchent l'une de l'autre. Pour contrôler l'extension de la coalescence des phases, dans la seconde partie de cette étude, une compatibilisation réactive a été réalisée. Un polypropylène aminé et un élastomère greffé avec de l'anhydride maléique ont été utilisés pour former des copolymères à l'interface pendant le procédé de mélange réactif à l'état fondu. Les mesures en rhéologie dynamique ont montré que les mélanges compatibilisés se comportent comme des matériaux à l'état de transition sol-gel caractérisée par une viscosité plateau infinie et un comportement en loi de puissance du module élastique aux basses fréquences. Le comportement gélifié des mélanges compatibilisés à basse fréquence a pu être décrit en utilisant un modèle de Zener généralisé avec 3 éléments fractionnels. Les TPO compatibilisés ont aussi montré une amélioration significative de la viscosité en cisaillement transitoire aussi bien qu'un comportement de relaxation des contraintes retardé. Un tel comportement rhéologique a été attribué à la présence d'un réseau structural interconnecté dans les TPO compatibilisés, confirmé par la microscopie à force atomique. Dans la dernière partie de ce projet de recherche, le comportement moussant des TPO a été étudié au moyen d'un bain pressurisé avec du dioxyde de carbone comme agent gonflant. La morphologie des TPO a varié avec la compatibilisation réactive, le recuit statique et la coalescence de la phase dispersée causée par le cisaillement. La structure cellulaire des TPO expansés a été caractérisée grâce à une technique microscopique capable d'identifier les positions respectives des bulles, de la phase élastomérique dispersée et de la matrice de polypropylène. Les résultats ont montré que la phase élastomérique agit en tant que site de nucléation et la morphologie cellulaire finale des TPO peut être directement corrélée à la structure initiale du mélange. Il a aussi été démontré que les propriétés élongationnelles des TPO fondus joue un rôle primordial dans le contrôle de la coalescence cellulaire. Il a été trouvé que la compatibilisation réactive était capable de modifier le pouvoir moussant à l'état fondu en augmentant le taux de nucléation et en contrôlant la phase de croissance des bulles nucléées.
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