La problématique ?
Dans une démarche d’amélioration de la durabilité de ses pièces polymères, un acteur industriel a fait appel au laboratoire FILAB pour évaluer le comportement thermique de deux PVC destinés à la fabrication de pièces imprimées en 3D.
Le client a sollicité FILAB dans cette démarche qualité.
Pour répondre à cette problématique et déterminer l'énergie d'activation, le laboratoire FILAB a utilisé l'ATG comme outil de simulation et d’analyse permettant d'anticiper le vieillissement des pièces imprimées en PVC.
Contexte de l'analyse
Démarche :
L'objectif de cette étude est de déterminer l'énergie d'activation, c'est à dire l'énergie à apporter pour amorcer la décomposition de deux matériaux polymères de nature chimique différente (échantillon noir et échantillon blanc).
La norme utilisée pour réaliser cette étude est l'ASTM E1641. Cette norme décrit une méthode standardisée permettant de déterminer l’énergie d’activation (Ea) d’un processus de décomposition thermique à partir de données obtenues par analyse thermogravimétrique (ATG).
Principe de la méthode :
On effectue plusieurs analyses ATG d’un même échantillon à des vitesses de chauffage différentes (ici : 1, 2, 5, 10 °C/min). Pour un taux de conversion donné (10 %), on enregistre les températures caractéristiques de dégradation pour chaque rampe.
Méthodologie et technique mise en œuvre
Analyse Thermogravimétrique (ATG) :
L’analyse thermogravimétrique (ATG) est une technique qui permet de suivre la variation de masse d’un échantillon soumis à une élévation progressive de température, dans une atmosphère contrôlée.
Dans le cadre de l’étude, elle a été utilisée pour observer le comportement de dégradation thermique des polymères testés, identifier les températures critiques de perte de masse et modéliser la cinétique de dégradation afin d’extraire une énergie d’activation (Ea) associée au phénomène.
On applique cette méthode sur les 2 échantillons afin de les comparer. Pour chaque échantillon on obtient 4 courbes avec des rampes de températures différentes.
Conclusion de l'étude comparative
Les 4 analyses réalisées avec des rampes différentes sur les deux échantillons PVC à destination d'imprimerie 3D démontrent que pour un même taux de conversion de 10 %, les deux matériaux analysés présentent des énergies d’activation sensiblement différentes :
L'échantillon noir obtient un taux de 139,91 kJ/mol alors que l'échantillon blanc obtient quant à lui un taux de 206,76 kJ/mol.
Cette différence indique que le polymère blanc nécessite plus d’énergie pour initier sa dégradation thermique que le matériau noir. Autrement dit, il est thermiquement plus stable et donc plus adapté à l'imprimerie 3D.
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