Comment l'eau influence les propriétés mécaniques des polymères

Commençons par la question de savoir pourquoi l'eau est un problème pour une pièce fabriquée en thermoplastique. Les manuels décrivent que l'absorption d'eau pour certains types de polyamide (PA) est très élevée à la fois dans une humidité relative de 50 % et dans l'eau. Cela ne serait pas un problème en soi, mais l'absorption d'eau entraîne des propriétés très différentes pour les matériaux. Par exemple, le module du polyamide (PA) diminue jusqu'à 66 % dans une atmosphère humide. Il est donc essentiel de connaître la perte de rigidité d'un matériau thermoplastique pour construire des pièces en polymère. Comment l'analyse mécanique dynamique (DMA) peut-elle aider à résoudre ce problème ?

DMA en théorie

Dans cette méthode, une force sinusoïdale (ContrainteLa Contrainte est définie par un niveau de force appliquée sur un échantillon d’une section bien définie. (Contrainte = force/surface). Les échantillons qui possèdent une section rectangulaire ou circulaire peuvent être comprimés ou étirés. Les matériaux élastiques comme les élastomères peuvent être étirés jusqu’à 5 à 10 fois leur longueur initiale.contrainte) est appliquée à l'échantillon en entrée. Il en résulte une DéformationLa Déformation décrit une déformation d’un matériau qui subit une contrainte ou une force mécanique externe. Les formulations d’élastomères présentent des propriétés de fluage, si une charge constante est appliquée.déformation sinusoïdale (strain) en sortie. Ces deux paramètres permettent de calculer le module, qui correspond à la rigidité du matériau. Mais une mesure DMA permet d'en savoir encore plus sur le matériau ! Prenons l'exemple d'un homme qui tient une balle dans la main. Il laisse tomber la balle sur le sol, mais la balle ne revient pas à la hauteur initiale de la main de l'homme. Cela montre que le matériau a des comportements différents. L'énergie stockée qui reste dans la balle pour remonter du sol est liée au module de stockage E'. La hauteur manquante à laquelle la balle ne saute pas est liée à l'énergie dissipée associée au Module visqueuxLe module complexe (composante visqueuse), module de perte ou G'', est la partie "imaginaire" du module complexe global des échantillons. Cette composante visqueuse indique la réponse liquide ou déphasée de l'échantillon mesuré. module de perte (E"). Au final, nous obtenons également des informations sur le comportement d'amortissement du matériau.

Dans les exemples suivants, il est surtout question du module de stockage, car ce paramètre est le plus étroitement lié à la rigidité du matériau et donc le plus important dans la construction d'une pièce en polymère.

Exemple 1 : Polyamide 6 sous atmosphère humide

Les mesures ont été effectuées à l'aide d'un DMA 242 E Artemis combiné à un générateur d'humidité.une humidité relative est appliquée dans le four, ce qui permet de mesurer les propriétés mécaniques dynamiques d'un matériau sous humidité. Un échantillon de PA 6 a été mesuré à une fréquence de 1 Hz et à une température de 40°C en mode tension. L'humidité relative a été augmentée progressivement de 0 % à 75 % au fil du temps. La rigidité (décrite par le module de stockage E') du matériau a été mesurée au cours de ces étapes d'humidité relative. Il est clairement visible que la rigidité du matériau diminue avec l'augmentation de l'humidité relative. À 50 % d'humidité relative, le module de stockage a diminué d'environ 74 %.

Exemple 2: Polyuréthane dans un bain d'immersion

Pour cet exemple, le DMA 242 E Artemis a été équipé d'un bain d'immersion, qui est un récipient en acier pouvant être appliqué sur le porte-échantillon, et qui s'applique à tous les porte-échantillons et modes de DéformationLa Déformation décrit une déformation d’un matériau qui subit une contrainte ou une force mécanique externe. Les formulations d’élastomères présentent des propriétés de fluage, si une charge constante est appliquée.déformation du DMA 242 E Artemis. Le polyuréthane(PU) a été mesuré à plusieurs fréquences, à une température de 25°C et en mode tension. La figure 3 montre clairement à quel moment l'eau a été ajoutée dans le récipient. On observe une diminution du module de stockage pendant la période où l'eau a été en contact avec le matériau. Cette diminution est significative et s'élève à environ 17 %.

L'effet de l'humidité ou des liquides sur les matériaux doit être pris en compte lors de la construction de pièces en polymère pour différentes applications. Si une pièce est conçue avec la rigidité d'origine du matériau, elle est susceptible de se briser dans son environnement d'application. Cela peut être évité en testant les propriétés mécaniques dynamiques dans les conditions de service au moyen de l'analyse mécanique dynamique. Pour en savoir plus sur la DMA 242 E Artemis, cliquez ici. Le saviez-vous ? L'absorption d'eau entraîne souvent une modification des dimensions d'une pièce. La TMA équipée d'un générateur d'humidité peut aider à évaluer le changement de longueur dans une atmosphère humide. Suivez-nous sur LinkedIn pour ne pas manquer l'article !