L’analyse thermique regroupe un ensemble de techniques permettant de caractériser le comportement des matériaux polymères en fonction de la température, du temps et des sollicitations mécaniques. Elle constitue un outil essentiel pour comprendre les relations entre la structure, les conditions de mise en œuvre et les performances des matériaux.
Grâce à des techniques complémentaires, la plateforme permet d’étudier les transitions thermiques, la stabilité thermique, les mécanismes de dégradation, les propriétés viscoélastiques ainsi que les phénomènes de cristallisation et de fusion. Ces informations sont indispensables pour le développement de nouveaux matériaux, le contrôle qualité, l’étude du vieillissement ou encore l’analyse des relations structure-propriétés.
Le laboratoire dispose d’équipements complémentaires couvrant un large éventail d’applications, allant de la recherche fondamentale aux collaborations industrielles, et accompagne les utilisateurs dans le choix des méthodes expérimentales ainsi que dans l’interprétation des résultats.
Calorimétrie différentielle à balayage (DSC)
En savoir plus sur la DSC
La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est une technique de référence pour l’étude des transitions thermiques des polymères. Elle permet de déterminer la température de transition vitreuse (Tg), les températures et enthalpies de fusion et de cristallisation, le degré de cristallinité ainsi que les effets liés à l’histoire thermique ou aux procédés de mise en œuvre.
La plateforme est équipée de deux calorimètres Mettler Toledo complémentaires. Le DSC3, équipé d’un système de refroidissement mécanique Intracooler, permet des analyses sur une large gamme de températures jusqu’à environ –90 °C, tandis que le DSC5, équipé d’un système de refroidissement à l’azote liquide, permet d’atteindre des températures encore plus basses et d’étudier des matériaux présentant des transitions thermiques extrêmes.
Cette complémentarité permet d’adapter les conditions expérimentales à une grande diversité de matériaux et de problématiques, qu’il s’agisse du développement de nouveaux polymères, de l’étude de la cristallisation, de l’influence des procédés de transformation, du vieillissement ou du contrôle qualité.
Applications
- Détermination de la température de transition vitreuse (Tg)
- Étude de la fusion et de la cristallisation
- Calcul du taux de cristallinité
- Mise en évidence des polymorphes
- Étude de l’influence des procédés de transformation
- Suivi des réactions de polymérisation, de réticulation ou de post-cuisson
- Contrôle qualité et comparaison de lots
- Étude du vieillissement thermique des matériaux
Domaines d’application
- Polymères de commodité (PE, PP, PS…)
- Polymères techniques (PA, PBT, PET, PC, PEEK…)
- Polymères fluorés
- Copolymères et mélanges polymères
- Élastomères et thermoplastiques élastomères
- Composites et nanocomposites
- Polymères biosourcés et recyclés
Fast Differential Scanning Calorimetry (FDSC)
En savoir plus sur la Fast DSC
La Fast DSC permet de réaliser des analyses calorimétriques à des vitesses de chauffage et de refroidissement pouvant atteindre plusieurs milliers de degrés par seconde. Cette technique reproduit des conditions de transformation proches de certains procédés industriels et permet d’étudier des phénomènes cinétiques inaccessibles par DSC conventionnelle.
Elle est particulièrement adaptée à l’étude de la cristallisation rapide, de la fusion de structures métastables, de la cinétique de cristallisation ou encore de matériaux présentant des transitions très rapides.
Applications
- Étude des phénomènes de cristallisation ultra-rapides
- Simulation des vitesses de refroidissement des procédés industriels (injection, extrusion, soufflage…)
- Étude des polymorphes et des phases métastables
- Détermination des cinétiques de cristallisation et de fusion
- Caractérisation des polymères à cristallisation rapide
- Recherche sur les mécanismes de nucléation
Domaines d’application
- Polymères semi-cristallins
- Polyoléfines
- Polymères à cristallisation rapide
- Thermoplastiques techniques
- Étude des cinétiques de transformation
Analyse thermogravimétrique (TGA)
En savoir plus sur la TGA
L’analyse thermogravimétrique (TGA) mesure les variations de masse d’un matériau au cours d’un programme thermique sous atmosphère contrôlée. Elle permet de déterminer la stabilité thermique, les températures de dégradation, la teneur en charges minérales, les résidus, ainsi que la composition de systèmes multi-composants.
La plateforme dispose d’une thermo balance Mettler Toledo TGA2 pouvant fonctionner sous différentes atmosphères (inerte ou oxydante) afin de répondre à un large éventail de problématiques de recherche et de développement.
Le système peut également être couplé à un spectromètre infrarouge (TGA-FTIR) permettant d’identifier en temps réel les espèces gazeuses libérées lors de la dégradation thermique des matériaux.
Applications
- Détermination de la stabilité thermique
- Mesure des températures de dégradation
- Détermination de la teneur en charges minérales, cendres et résidus
- Analyse de la composition de systèmes multi-composants
- Étude des mécanismes de dégradation thermique
- Contrôle qualité et comparaison de formulations
- Évaluation de la stabilité thermo-oxydative
- Développement de nouveaux matériaux
Domaines d’application
- Thermoplastiques
- Thermodurcissables
- Élastomères
- Composites et matériaux chargés
- Polymères biosourcés
- Matériaux hybrides
- Étude des formulations industrielles
Analyse des gaz par couplage TGA-FTIR
En savoir plus sur la TGA-FTIR
Le couplage entre l’analyse thermogravimétrique (TGA) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) permet d’identifier en temps réel les espèces gazeuses libérées lors de la dégradation thermique d’un matériau. Cette approche combine les informations quantitatives obtenues par la TGA avec l’identification chimique des produits volatils grâce à la spectroscopie infrarouge.
Cette technique apporte une compréhension approfondie des mécanismes de dégradation, de l’évolution de la composition chimique des matériaux au cours du chauffage et des interactions entre les différents constituants d’une formulation. Elle constitue un outil particulièrement pertinent pour l’étude des polymères, composites, matériaux chargés et systèmes multi-composants.
Applications
- Identification des gaz émis lors de la dégradation thermique
- Étude des mécanismes de décomposition
- Identification des solvants ou composés résiduels
- Suivi des réactions de dégradation
- Étude du comportement au feu et des émissions gazeuses
- Développement de nouvelles formulations
Domaines d’application
- Polymères et copolymères
- Composites
- Matériaux chargés
- Thermodurcissables
- Formulations contenant additifs, plastifiants ou retardateurs de flamme
- Étude des mécanismes de dégradation thermique
Analyse mécanique dynamique (DMA)
En savoir plus sur la DMA
L’analyse mécanique dynamique (DMA) permet de caractériser les propriétés viscoélastiques des matériaux en appliquant une sollicitation mécanique oscillante au cours d’un programme de température ou de fréquence.
Cette technique permet de déterminer les températures de transition mécanique, les modules de conservation (E’), de perte (E ») et le facteur d’amortissement (tan d). Elle est largement utilisée pour étudier le comportement thermomécanique des polymères, les effets de formulation, le vieillissement, la réticulation ainsi que les propriétés d’amortissement des matériaux.
Applications
- Détermination des transitions mécaniques (Tg mécanique)
- Mesure des modules élastique (E’) et visqueux (E »)
- Détermination du facteur d’amortissement (tan d)
- Étude de la viscoélasticité
- Influence de la température et de la fréquence sur les propriétés mécaniques
- Étude de la réticulation
- Caractérisation des composites, films, fibres et élastomères
- Vieillissement mécanique et thermique
Domaines d’application
- Thermoplastiques
- Élastomères
- Thermodurcissables
- Films et plaques polymères
- Fibres et composites
- Matériaux viscoélastiques
- Étude du comportement mécanique en fonction de la température et de la fréquence