Materials Part 5:Conseils de recuit pour les polymères réticulés

Le phénolique, le premier polymère véritablement synthétique, est un membre bien connu de cette famille de matériaux. Ce matériau part d'une réaction du phénol avec le formaldéhyde. Au fur et à mesure que les étapes initiales de la réaction ont lieu, le produit augmente en viscosité et peut à un moment donné devenir un matériau collant et visqueux qui peut être utile comme adhésif. Si le processus se poursuit, le matériau peut devenir un solide avec un point de fusion relativement bas. Il peut ensuite être pulvérisé et combiné avec un catalyseur et les charges appropriées, à quel point il est devenu une résine de moulage.

Sous cette forme, le matériau a une température de fusion ou de ramollissement basse et une T_g encore plus basse . Cependant, lorsque ce matériau est soumis à des températures élevées, qui sont généralement fournies par un moule chauffé, une réaction chimique poursuit le processus de polymérisation, augmentant le poids moléculaire du polymère en formant des réticulations entre les chaînes déjà formées, ainsi qu'en allongeant ces chaînes. . Il s'agit d'une description très simplifiée de la polymérisation dans un matériau thermodurcissable.

Mais la principale préoccupation de cette discussion est le fait que dans le processus de formation de la pièce, nous créons également le matériau fini. Les propriétés de la pièce dépendront dans une large mesure du degré de réticulation qui est établi et celui-ci, à son tour, est déterminé par la température du moule et le temps pendant lequel la pièce est dans le moule. Idéalement, la pièce qui sort du moule est composée d'un matériau à haute T_g qui est lié au degré de réticulation.

Mais tout comme les mouleurs peuvent ne pas atteindre toute la cristallinité souhaitée dans un thermoplastique semi-cristallin, ils peuvent également ne pas atteindre toute la réticulation souhaitée dans un polymère thermodurcissable dans le temps de cycle alloué. Dans ces cas, un recuit est effectué pour améliorer le degré de réticulation. Dans le jargon de l'industrie, on parle souvent de post-cuisson. L'idée derrière la post-cuisson est d'augmenter le degré de réticulation sans allonger la durée du cycle de moulage ni recourir à des températures de moule plus élevées. Il est particulièrement utile dans les polymères tels que les phénoliques et les polyimides qui réticulent par un processus connu sous le nom de mécanisme de condensation. Ces types de matériaux ont la capacité de subir une réticulation supplémentaire à un degré significatif sous l'influence de la température élevée associée à la post-cuisson.

Les avantages de la post-cuisson pour atteindre un degré de réticulation plus élevé dans les polymères thermodurcissables sont similaires à ceux obtenus par recuit de thermoplastiques semi-cristallins. La résistance mécanique et le module augmentent, et ces changements s'accompagnent d'améliorations de la résistance au fluage et à la fatigue. La stabilité dimensionnelle à des températures élevées sera également améliorée, tandis que la ductilité diminuera. Et tout comme il peut y avoir des problèmes avec les changements dimensionnels pendant le recuit des thermoplastiques semi-cristallins, les mêmes problèmes peuvent se produire avec la post-cuisson.

Dans le cas des thermoplastiques semi-cristallins, nous avons évoqué le fait que si trop peu de cristallinité a été obtenue pendant le processus de moulage, la tentative de compenser la différence avec le recuit peut entraîner des problèmes ingérables de retrait et de gauchissement. Dans certains matériaux réticulés, un problème supplémentaire qui peut survenir est le cloquage de la pièce. Ceci est causé par des sous-produits volatils qui sont naturellement produits lors des réactions de polymérisation par condensation. Dans le cas du phénolique post-cuisson, le composé qui se dégage est l'ammoniac. Si l'ammoniac ne peut pas diffuser assez rapidement à travers la paroi de la pièce, cela produira une distorsion dans la pièce.