Modélisation Pixel Coloring de la cristallisation du PEKK : Pixel Coloring modelling of PEKK crystallization

L’augmentation du nombre d’applications des polymeres thermoplastiques semi-cristallins hautes performances (PEEK, PEKK) a focalise l’attention sur le phenomene de cristallisation. Le taux de cristallinite et la morphologie induite lors de la cristallisation ont en effet un impact sur les proprietes des composites. Afin d’ameliorer le controle et l’optimisation des cycles de fabrication de ces materiaux, il est necessaire de caracteriser finement la cinetique de cristallisation de la matrice mais aussi des composites renforces de fibres de carbone qui affectent les conditions de cristallisation. Afin de prevoir la taille des entites cristallines, d’evaluer l’impact de la formation d’une phase transcristalline autour des fibres, et de faire le lien entre cinetique de cristallisation et la morphologie, un modele de simulation de la cristallisation a ete developpe. Dans ce travail, la methode du pixel coloring a ete choisie pour simuler la cristallisation 2D et 3D du PEKK. Cette methode dont le principe est assez simple, a ete appliquee avec succes par de nombreux auteurs [1, 2] et presente l’avantage de pouvoir etre mise en œuvre assez facilement. Le modele a ete developpe a travers un algorithme sur Python. Le principe consiste a faire ete comparees a la cinetique de cristallisation primaire mesuree experimentalement. Dans un premier temps, afin de valider la methode Pixel Coloring, des simulations sont effectuees en se basant sur la position reelle des germes. L’etape de croissance simulee par pixel coloring est presentee Fig. 1 et confrontee aux images de microscopie optique. Une tres bonne correlation est observee entre les deux cinetiques, qui permet de valider la methode de modelisation tant d’un point de vue de la morphologie que de la cinetique de cristallisation primaire. Des simulations supplementaires sont effectuees en considerant des tirages aleatoires pour plusieurs temperatures et sont confrontees aussi aux donnees experimentales. De meme, une etude parametrique est effectuee afin d’evaluer l’influence de la position des germes et la taille du domaine de cristallisation. Afin de rendre compte de la microstructure engendree par la presence de fibres, des fibres de carbone ont ete integrees au sein du milieu en tenant compte de leur role de surface de germination preferentielle. Pour cela, les pixels adjacents a la surface de la fibre ont ete identifies et peuvent etre convertis en phase cristalline afin de former une phase transcristalline comme montre Fig. 2. Enfin des simulations 3D ont ete realisees dans le cas d’un composite UD avec une repartition des fibres reelles basees sur des micro-tomographies RX (Fig. 3) afin d’evaluer l’influence de la repartition et du taux de fibres sur la cinetique de cristallisation.