Aborder la relation entre la microstructure et les propriétés des polymères. Acquérir des notions théoriques et appliquées permettant de faire un choix rationnel de matériaux, d’apporter des solutions optimales pour la conception et la production, de minimiser la dégradation, de prévoir et prolonger la durée de vie des systèmes mécaniques à base de polymère.

Structure et morphologie des polymères. Nomenclature et définition des structures chimiques des polymères. Conformation et tacticité. Températures de transition et états physiques. Cristallinité et morphologie. Techniques de caractérisation des polymères. Propriétés mécaniques. Élasticité linéaire et non linéaire. Viscoélasticité. Grandes déformations et comportements ultimes. Rupture, fatigue et résistance à l’impact. Écoulement des polymères à l’état de fondu. Rhéologie (fluide newtonien et non newtonien). Propriétés physiques, électriques et optiques. Vieillissement et dégradation des polymères.

DESCRIPTION SOMMAIRE

Dans ce cours, les différents types de matériaux polymériques, homopolymères, copolymères, mélanges de polymères et composites de matrice thermoplastique seront présentés. La structure chimique, microstructure des polymères et leur influence sur les propriétés, mécaniques et autres de ces matériaux seront détaillées. Leur importance économique, leur méthode d’obtention, leurs propriétés et caractérisation seront aussi traitées.

Des notions de rhéologie seront présentées aux étudiants. Celles-ci sont nécessaires pour la compréhension du comportement mécanique des polymères ainsi que pour comprendre la mise en forme de ces derniers qui sera aussi abordée dans ce cours.

Le cours apportera aux étudiants et aux étudiantes des notions théoriques et appliquées permettant de faire un choix rationnel de matériaux polymériques, de les caractériser et d'apporter des solutions optimales pour la conception et la production de matériaux polymériques.

A la fin du cours, l’étudiant ou l’étudianet devrait :

• Connaître les facteurs qui caractérisent un polymère ainsi que savoir schématiser leur microstructure;
• Connaître les méthodes expérimentales de caractérisation des matériaux polymériques;
• Comprendre l’influence de la microstructure sur les différentes propriétés des matériaux polymériques;
• Comprendre l’influence de la mise en forme sur la microstructure et par conséquent sur les propriétés des matériaux polymériques;
• Avoir des notions de rhéologie et comprendre comment celle-ci peut être utilisée pour contrôler et évaluer la microstructure des matériaux polymériques au cours de leur mise en forme;
• Connaître les matériaux polymériques multi-phase.

MÉTHODOLOGIE

• Ce cours sera donné en accéléré en 7 semaines (les 5, 12, 13, 19, 20, 26, 27 mai et les 2, 3, 9, 10 et 17 juin) – le 17 juin étant réservé pour un examen. Environ 6 heures de travail personnel doivent être consacrées pour chaque 3 heures de cours.

  • Pour chaque session, la lecture de certains chapitres des références 1 à 5 ainsi que de certains articles sera conseillée. Les numéros des chapitres de ces références ainsi que les références pour articles seront fournis avec les notes de cours.

  • La lecture de certains chapitres d’autres références sera conseillée pour les étudiants qui voudront s’approfondir dans un des domaines exposés en cours, qui pourrait être utile pour leur recherche.

  • Ces références seront discutées en classe.

• L’évaluation de l’apprentissage s’effectuera en fonction de la performance des étudiants pour les activités listées ci-dessous :
  • Projet :

Ce travail sera réalisé en groupe de 4 étudiants.

Ce travail sera évolutif et sera réalisé les vendredis 13, 20, 27. Lors de ces séances, chaque groupe présentera l’évolution de son travail. Plus de détails seront fournis lors de la première séance de cours.

Les présentations finales auront lieu le vendredi 10 juin pour tous les groupes. La présentation aura une durée variant de 15 à 18 minutes. Les étudiants qui ne respectent pas la durée seront pénalisés. Cette présentation se devra d’être claire, logique, et avec des diapositives bien élaborées. Il est conseillé aux étudiants de ne pas surcharger leurs diapositives et d’utiliser tous les éléments qui sont sur ces diapositives.

La monographie devra être envoyée par Email en PDF le 16 juin au plus tard. La monographie ne devra pas excéder 20 pages avec les illustrations et liste de références. Elle devra être écrite en suivant les règles de rédaction de mémoires de l’ETS.

L’enseignante sera disponible le vendredi matin de 11h à 12h pour discuter l’élaboration de la présentation ou de la monographie. Il est de la responsabilité des étudiants de prendre un rendez-vous avec l’enseignante pour avoir une réunion Zoom de 30 minutes ou en personne et discuter le travail et d’envoyer leur liste de questions deux jours avant la réunion.

(20% pour la participation en classe + 20% pour la présentation + 30% pour la monographie).

• Examen final : Vendredi 17 juin (30%).

Le cours est divisé en 7 grands thèmes.

1. Généralités sur les matériaux polymériques

Définitions, nomenclature et définition des structures chimiques des polymères, qu’est-ce qui distingue les polymères des autres matériaux, historique, utilisation;

Facteurs qui contrôlent leurs propriétés (masse molaire, structure, température), méthode d'obtention.

2. État amorphe et semi-cristallin

État amorphe : mouvements moléculaires, température de transition vitreuse, théorie du volume libre, paramètres qui contrôlent la température de transition vitreuse;

État semi-cristallin : taux de cristallinité, conditions pour qu’un polymère cristallise, structure cristalline des chaînes, microstructure, températures de transition, thermodynamique et cinétique de cristallisation.

3. Méthodes de caractérisation

Évaluation de la masse molaire, spectroscopies, analyse de la microstructure de polymère, analyse thermique.

4. Propriétés fonctionnelles des polymères

Propriétés mécaniques des polymères, élasticité, rupture, fatigue et résistance à l'impact.

Comment la microstructure contrôle les propriétés des matériaux polymériques?

5. Notions de rhéologie des polymères

Introduction sur la rhéologie, comportement viscoélastique des polymères, influence de la température, masse molaire, distribution de masse molaire et structure de chaîne sur les propriétés rhéologiques des polymères, rhéométrie, importance de la rhéologie pour la mise en forme des polymères.

6. Notions de mise en forme des polymères

Principales techniques de mise en forme des polymères, extrusion, moulage par injection.

7. Matériaux polymériques multi-phases 

Mélanges, copolymères et nanocomposites.

Les notes de cours (documents disponibles sur le site) ainsi que la référence obligatoire et des documents manuscrits rédigés par les étudiants seront autorisés à l’examen.

N/A

Comme aucun prérequis n’est demandé, la lecture de certains chapitres des livres mentionnés ci-dessous sera fortement conseillée pour une meilleure compréhension du cours.

Notes de cours disponibles sur Moodle.

Références pour lecture :

• Polymers: Chemistry and Physics of Modern Materials, J.M.G. Cowie, V. Arrighi, CRC Press Taylor and Francis Group, 3^rd Edition, 2007, ISBN: 978-0-8493-9813-
• Physique des polymères : Patrick Combette, Isabelle Ernoult, Presses internationales Polytechniques 2005, ISBN 2-553-01143-1.
• Melt Rheology and its Applications in the Plastics Industry: 2^nd Edition, J.M. Dealy, J. Wang, Springer, 2013, ISBN 978-94-007-6394-4.
• N.G. McGrum, C.P. Buckley and C.B. Bucknall : “Principles of Polymer Engineering”, 2^nd Edition : Oxford Science Publication 2011.
• T.A. Osswald, G. Menges: “Materials Science of Polymers for Engineers”, 3^rd Edition, Hanser Verlag, 2012.

D’autres références complémentaires seront indiquées pendant les cours.

https://ena.etsmtl.ca