Qu'est-ce que la température de transition vitreuse ?
La température de transition vitreuse des polymères (notée Tg) correspond au moment où un polymère perd sa rigidité et acquiert des propriétés élastiques. En dessous de sa Tg, la matière est fortement restreinte, ce qui la rend rigide et cassante. À l'inverse, au-dessus de sa température de transition vitreuse, le polymère acquiert une mobilité beaucoup plus importante et devient souple et élastique.
Comment mesurer la température de transition vitreuse
L'une des techniques permettant de détecter une transition vitreuse est la calorimétrie différentielle à balayage (DSC), qui mesure les variations de la capacité thermique d'une substance. Avec cette technique, la transition vitreuse correspond à une chute brutale du flux thermique (par rapport à une valeur de référence), indiquant que l'échantillon s'est ramolli et absorbe davantage de chaleur. Une autre technique est l'analyse thermomécanique (TMA), qui mesure les variations de la résistance à la compression d'une substance sur une plage de températures. Comme la DSC, la TMA soumet l'échantillon à des cycles de chauffage et de refroidissement, puis mesure le déplacement d'une sonde maintenue à force constante par rapport à sa position initiale lorsque la température augmente. La transition vitreuse correspond au changement de pente sur un graphique du déplacement (mesuré en microns) en fonction de la température. Le principe de la TMA repose sur le fait qu'au-dessus de la transition vitreuse, la pente augmente à mesure que le matériau se ramollit et que la sonde pénètre plus facilement dans l'échantillon. La figure 1 ci-dessous compare une courbe DSC à une courbe TMA.
Transition vitreuse des polymères courants
La température de transition vitreuse varie considérablement d'une résine d'enrobage standard à l'autre, ce qui influe sur certaines caractéristiques physiques essentielles. La température de transition vitreuse typique des résines époxy Bis-A se situe entre 40 et 60 °C, mais peut dépasser 100 °C pour les résines Novalac. En comparaison, la transition vitreuse du silicone est d'environ -60 °C, ce qui explique son faible module d'élasticité à température ambiante. La transition vitreuse du polyuréthane se situe dans une large plage de températures, en fonction des prépolymères utilisés, tout comme sa dureté après polymérisation.
Références
Toutes les figures ont été créées à l'aide de BioRender.com
Principes de base de l'analyse thermomécanique avec TMA 4000 – PerkinElmer. (s.d.). Consulté le 3 juin 2022. https://resources.perkinelmer.com/lab-solutions/resources/docs/TCH_TMA_4000.pdf
Mesure de l'ATG par DSC – support thermique. (s.d.). Consulté le 3 juin 2022. https://thermalsupport.com/wp-content/uploads/2018/05/PETech-09.pdf
Mesure et interprétation de la TG (température de transition vitreuse). (s.d.). Consulté le 3 juin 2022. https://imageserv10.team-logic.com/mediaLibrary/303/Measuring_and_Understanding_Tg.pdf
Polymères, MC (s.d.). Explication de la température de transition vitreuse. Mallard Creek Polymers. Consulté le 3 juin 2022. https://www.mcpolymers.com/library/understanding-the-glasstransition-temperature
