En raison de leur grande résistance et de leur rigidité, les thermoplastiques techniques appelés polyamides sont fréquemment utilisés. Néanmoins, des agents de trempe sont fréquemment ajoutés aux polyamides pour améliorer encore leurs qualités mécaniques. En réduisant la vitesse de propagation des fissures, en libérant de l'énergie et en renforçant la résistance du matériau aux chocs, ces produits chimiques augmentent la ténacité des polyamides. En plus de clarifier les mécanismes par lesquels les composés durcisseurs améliorent les propriétés mécaniques des polyamides, la COACE fournira une analyse approfondie de ces mécanismes.
Pontage et déformation des fissures
Les fissures à l'intérieur de la matrice polyamide peuvent être pontées et déviées avec succès par agents tensioactifs comme les élastomères thermoplastiques ou les particules de caoutchouc. L'agent de trempe dispersé dans la matrice absorbe l'énergie lorsqu'une fissure commence à se former dans le matériau, créant un pont sur la surface de la fissure. Cet effet de pont augmente la résistance du matériau à la rupture, redistribue la charge et ralentit la propagation des fissures. En outre, l'élasticité de l'agent de trempe permet une déviation de la fissure, ce qui réoriente la direction de la fissure et freine encore plus sa propagation.
Agent de durcissement du caoutchouc
Les agents de durcissement du caoutchouc, tels que les particules de caoutchouc à noyau, ont des propriétés exceptionnelles d'absorption et de dissipation de l'énergie. Ces particules de caoutchouc absorbent beaucoup d'énergie et subissent une déformation importante en cas d'impact ou de déformation. L'énergie absorbée est ensuite libérée dans la phase de caoutchouc par un certain nombre de mécanismes, notamment l'hystérésis et l'écoulement visqueux. Cette dissipation d'énergie retarde la propagation de la fissure, réduit la concentration de contraintes à la pointe de la fissure et augmente la ténacité du matériau polyamide.
Déformation plastique et bandes de cisaillement
Au sein de la matrice polyamide, certains agents de trempe favorisent la déformation plastique et la formation de bandes de cisaillement. Lorsque l'agent de trempe subit une déformation irréversible importante, il provoque une déformation localisée du polyamide environnant. Ce phénomène est connu sous le nom de déformation plastique. Ce mécanisme de déformation plastique augmente la résistance du matériau à la propagation des fissures, accroît sa ductilité et absorbe l'énergie. Les agents de durcissement peuvent également provoquer des bandes de cisaillement, qui se caractérisent par des zones discrètes de déformation par cisaillement. Les bandes de cisaillement confèrent aux polyamides une durabilité accrue en empêchant les fissures de se propager.
Renforcement et transfert de charge
En ajoutant davantage de canaux porteurs à la matrice polyamide, les agents de durcissement tels que les nanoparticules ou les renforts en fibres la renforcent. En raison de leur énorme surface et de leur rapport d'aspect élevé, les nanoparticules renforcent la matrice en empêchant la propagation des fissures et en générant des connexions interfaciales solides. Les renforts fibreux en verre ou en carbone dispersent la charge appliquée dans la matrice, réduisant la concentration de contraintes localisées et stoppant la formation de fissures. La résistance, la rigidité et la ténacité du matériau sont améliorées par ce système de renforcement et de transfert de charge.
Compatibilité de phase et adhésion
En améliorant la compatibilité des phases et l'adhérence, les agents tensioactifs réactifs, tels que les copolymères de butadiène acrylonitrile terminés par un carboxyle (CTBN), augmentent la ténacité des polyamides. La réaction chimique entre la matrice polyamide et l'agent réactif de durcissement produit une phase continue au cours de la transformation. En renforçant l'adhésion interfaciale entre la phase dispersée et la matrice, cette compatibilité de phase transfère efficacement les contraintes et empêche la formation de fissures. Le durcissement et la trempe des polyamides sont facilités par l'amélioration de la compatibilité et de l'adhésion.
Altérations microstructurelles
Les polyamides dont la microstructure a été modifiée par l'ajout d'agents de durcissement présentent une ténacité accrue. Par exemple, la morphologie des polyamides est modifiée par l'ajout de caoutchoucs liquides ou d'oligomères, ce qui entraîne la création de microdomaines ou de phases dispersées. En absorbant et en dispersant les contraintes, ces microdomaines fonctionnent comme des zones de dissipation d'énergie, ce qui améliore la ténacité et la résistance aux chocs du matériau.
En conclusion, les produits chimiques de trempe agissent par le biais de divers processus pour améliorer la ténacité des polyamides. Parmi les principales méthodes utilisées par les agents de trempe figurent le pontage des fractures, la déviation des fissures, l'absorption et la dissipation de l'énergie, la déformation plastique, la formation de bandes de cisaillement, le renforcement, le transfert de charge, la compatibilité des phases, l'adhésion et les altérations microstructurelles. En comprenant ces méthodes, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux peuvent construire et optimiser efficacement des compositions de polyamide présentant une ténacité et des performances accrues pour toute une série d'applications.
