Thématiques

Relation microstructure-propriétés

Un des axes forts de la recherche EIRCAP est l'étude des relations microstructure-propriétés d'un point de vue physique et chimique.

Le caractère semi-cristallin de beaucoup de polymères thermoplastiques demande à connaître le pourcentage de cristaux en fonction de la température, la taille et l'arrangement spatial des cristaux, les cinétiques de cristallisation...

La connaissance approfondie des modes de cristallisation isotrope mais également anisotrope (sous étirage, sous cisaillement, etc.) est un préalable indispensable à beaucoup d'études menées au sein du laboratoire. Pour cela, nous exploitons toutes les potentialités des techniques d'analyse thermique les plus avancées (DSC à modulation de température, DSC à très grande vitesse) et collaborons avec des spécialistes d'études microstructurales spécialistes de la diffraction et diffusion des RX (comme par exemple l'Unité Matériaux et Transformations UMET de l'Université Lille 1, ou encore le laboratoire Sciences et Méthodes Séparatives SMS de l'Université de Rouen).

Concernant les propriétés des matériaux, le laboratoire se concentre sur les aspects thermiques, mécaniques, de transport (en collaboration avec l'équipe Matériaux Polymères Barrières et Membranes du laboratoire PBS de l'Université de Rouen) et associés au vieillissement.

Vieillissement et propriétés dépendant du temps

Un axe de recherche à la fois fondamental et appliqué est celui des « Time-Dependent Properties ».

Les matériaux amorphes vitreux sont, par définition, des matériaux hors équilibre thermodynamique. De ce fait, leurs propriétés sont destinées à évoluer au cours du temps en vue d’atteindre un état d’équilibre. Ce phénomène, qui se produit pour des températures inférieures à la température de transition vitreuse et est communément appelé « vieillissement physique », est extrêmement complexe à décrire puisqu’il est caractérisé par des lois cinétiques non-linéaires et non-exponentielles.

Par ailleurs, la plupart des polymères possèdent un squelette carboné et sont particulièrement sensibles à des facteurs de dégradation tels que les rayonnements électromagnétiques (en particulier les UV), la température, l’eau et l’oxygène. Ces dégradations peuvent se modéliser de façon à pouvoir prédire le comportement d’un matériau soumis à un environnement donné, et donc l'évolution de ses propriétés au cours du temps. Des méthodes empiriques prédictives et de vieillissement accéléré peuvent alors être mise en place.

Mobilité moléculaire

Un autre axe de recherche consiste en l’étude et la compréhension des phénomènes de relaxation dans les liquides formateurs de verre et de leur évolution en fonction du temps (ou de la fréquence) et de la température.

Pour mener à bien ces travaux, les chercheurs s'appuient sur différents modèles, différentes approches, mais également différents outils tels que le concept de CRR (Cooperative Rearranging Region), qui peut s’apparenter à une « sonde locale » permettant d’estimer l’amplitude des mouvements moléculaires au passage de la transition vitreuse.

Cet axe de recherche concerne aussi bien les matériaux dits "modèles", tels que les petites molécules organiques ou les verres de chalcogénures, mais également les systèmes complexes, tels que les matériaux bio-sourcés, les nanocomposites, etc. Il s'agit donc d'une thématique de techerche au caractère fondamental qui a permis au laboratoire de créer un réseau de compétences étendue, et qui a par conséquent contribué à augmenter son rayonnement international.

Propriétés physiques

L'équipe, grâce à son parc instrumental, a la capacité de mesurer un grand nombre de grandeurs et de propriétés physiques.

Propriétés thermiques telles que les différentes températures de transition vitreuse, de cristallisation, de fusion, de dégradation, de réticulation ; la capacité thermique entre -150°C et +400°C ; le coefficient de conductivité thermique ; la masse résiduelle après dégradation.

Propriétés diélectriques telles que la permittivité a différentes températures et fréquences.

Propriétés mécaniques telles que les comportements en traction, en compression, sous cisaillement ; l'évolution du module en fonction de la température et de la fréquence (analyse mécanique dynamique) ; la résistance aux chocs Charpy ; la viscosité (MFI/MVI).

Propriétés optiques telles que la biréfringence et le suivi des cinétiques de cristallisation en lumière polarisée.