Introduction
Les polyamides sont des polymères semi-cristallins caractérisés par une bonne résistance mécanique, ce qui leur permet d'être utilisés pour diverses applications techniques, telles que la protection des câbles dans l'industrie automobile et la robotique. La poudre de polyamide est également un matériau populaire pour le SLS (Selective Laser Sintering), une méthode d'impression 3D permettant de créer des objets de n'importe quelle forme.
Cependant, les polyamides sont également très sensibles à l'eau. Les chaînes moléculaires des polyamides contiennent des groupes amides polaires qui attirent les liquides polaires tels que l'eau, de sorte que ce polymère absorbe l'humidité présente dans l'environnement. Les molécules d'eau augmentent le volume libre dans les espaces entre les chaînes de polyamide, ce qui entraîne un gonflement du polymère et un glissement plus facile des chaînes moléculaires sous l'effet d'une charge mécanique. Cela conduit à un abaissement de la transition vitreuse et est appelé effet de plastification induit par l'eau. [1, 2, 3]
Par conséquent, l'absorption d'eau affecte considérablement les propriétés mécaniques, thermiques et électriques des polyamides. En particulier, l'augmentation de la teneur en eau entraîne une diminution de la rigidité et de la résistance, tandis que la ténacité augmente. [3, 4, 5]
La DSC étudie l'influence de l'humidité sur la transition vitreuse du polyamideDu polyamide
L'influence de l'humidité sur la transition vitreuse du polyamide 6 (PA6) est étudiée ci-après. À cette fin, des mesures DSC ont été effectuées sur des échantillons contenant différents niveaux de teneur en eau entre 0 % et 4,9 %.
Le tableau 1 résume les conditions de mesure. La transition vitreuse du PA6 est généralement chevauchée par le pic EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique dû à l'évaporation de l'eau. Cela le prédestine à effectuer des mesures DSC modulées en température qui séparent les effets inverses (par exemple, la transition vitreuse) des effets non inverses (par exemple, l'évaporation des substances volatiles, le Durcissement (réactions de réticulation)Le terme "crosslinking" signifie littéralement "mise en réseau". Dans le contexte chimique, il est utilisé pour les réactions dans lesquelles les molécules sont liées entre elles par l'introduction de liaisons covalentes et la formation de réseaux tridimensionnels.durcissement) [6].
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Appareil | DSC 300 Caliris®, module H | |||
| Échantillon | Séché (0-% d'humidité) | 1.2 % d'humidité | 3.3 % d'humidité | 4.9 % d'humidité |
| Masse de l'échantillon | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Creuset | Concavus® (aluminium) avec couvercle percé | |||
| Plage de température | -60°C à 240°C | |||
| Vitesse de chauffage | 5 K/min | |||
| Période de chauffe | 60 s | |||
| Amplitude | 0.8 K | |||
Température de transition vitreuse du PA6
La figure 1 représente le flux thermique total de l'échantillon avec 1,2 % d'humidité, ce qui correspond à une courbe DSC conventionnelle sans modulation. L'étape EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique à 38,8°C (point médian) indique la transition vitreuse du polyamide 6. Cependant, cette évaluation n'est pas précise car la transition vitreuse est chevauchée par un pic EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique, très probablement dû à la libération de l'eau de départ contenue dans l'échantillon et à des effets de relaxation. Avant que la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion n'ait lieu à 224,2°C (température maximale), la partie amorphe du PA6 cristallise partiellement, ce qui explique le pic ExothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est exothermique si elle produit de la chaleur.exothermique à 193,3°C (température maximale) dans la courbe DSC.
La figure 2 présente le flux thermique total ainsi que le signal DSC brut obtenu pendant la mesure modulée en température. Le flux thermique total (ligne continue) équivaut à une mesure DSC standard, comme décrit ci-dessus. Le signal brut (ligne en pointillés) montre comment le matériau réagit réellement à la modulation de température.
Dans la figure 3, le flux thermique total est séparé en une partie inversée et une partie non inversée. Cela permet de séparer la transition vitreuse et le pic d'évaporation. La transition vitreuse est détectée dans la partie inversée du signal DSC et l'effet d'évaporation dans la partie non inversée.
Par la suite, la transition vitreuse est évaluée avec précision (point médian à 40,4°C). Le signal non inversé met cependant en évidence que le pic EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique est beaucoup plus large qu'initialement supposé. Cet effet dû à la relaxation et à l'évaporation est lié à une enthalpie de 21,2 J/g.
Influence de l'humidité sur la température de transition vitreuse du PA6
La figure 4 montre le signal d'inversion des différents échantillons. Plus la teneur en eau est élevée, plus la température de transition vitreuse est basse. Il existe une différence de plus de 70°C entre la transition vitreuse de l'échantillon sec et celle du PA6 contenant 4,9% d'eau.
Conclusion
En raison de leur nature hygroscopique, les polyamides absorbent l'humidité de leur environnement. Cela influence les propriétés et donc le traitement du matériau. Même une quantité d'eau de small dans le PA6 diminue considérablement sa transition vitreuse. C'est pourquoi la teneur en humidité de l'échantillon est un paramètre essentiel à vérifier et à contrôler.
Une manière fiable et rapide de procéder consiste à effectuer des mesures DSC à modulation de températureLa DSC à modulation de température (TM-DSC) est utilisée pour séparer les effets thermiques multiples qui se produisent dans la même plage de température et se chevauchent dans la courbe DSC.DSC à modulation de température avec le DSC 300 Caliris®.