Investigation of PEKK crystal morphology and modelling of the crystallization kinetic of PEKK composites

Pour les polymeres thermoplastiques renforces de fibres de carbone, le taux de cristallinite et la morphologie induite lors de la cristallisation ont un impact certain sur leurs proprietes physiques et mecaniques. Ces deux parametres sont non seulement dependants des conditions de mise oeuvre mais aussi des constituants du composite. Afin d'ameliorer le controle et l'optimisation des cycles de fabrication de ces materiaux, il est necessaire de construire une modelisation avancee de la cristallisation. Dans la litterature, de nombreux modeles ont ete proposes afin de decrire la cinetique de cristallisation des polymeres semi-cristallins [1-3]. Ces modeles s'averent peu adaptes pour decrire la cristallisation dans le cas d'un polymere de la famille des PAEK. En effet, comme pour le PEEK, le PEKK se distingue par une cristallisation particuliere qui fait intervenir deux mecanismes. Une cristallisation primaire qui correspond aux etapes de germination-croissance decrites dans la theorie de Lauritzen et Hoffmann [4], suivi d'une cristallisation secondaire correspondant a une cristallisation interlamellaire ou a un perfectionnement des cristaux deja presents. Des modeles ont ete specifiquement developpes pour decrire les phenomenes de cristallisation particuliers du PEEK [5, 6]. Cette etude vise dans un premier temps a developper un modele de cinetique adapte au PEKK, en se basant sur les etapes de germination-croissance pour le mecanisme 1 et sur une identification des parametres a travers une loi d'Avrami (mecanisme 2). Nous pourrons ainsi mettre en evidence l'influence de differents parametres, tels que la temperature du palier isotherme, la vitesse de refroidissement. Le developpement de ce modele s'appuie sur une etude experimentale divisee en trois etapes. Tout d'abord des mesures calorimetriques a l'aide d'une DSC 8000 de Perkin Elmer permettant de quantifier les echanges thermiques lors de la cristallisation. Differents paliers isothermes entre 250 et 300°C ont ete realises ainsi que six vitesses de refroidissement comprises entre 1 et 100°C/min. L'evolution du taux de cristallinite relative est tracee en fonction du temps de cristallisation sur la Fig. 1-a. Le temps de cristallisation depend de la temperature du palier isotherme. En effet, plus la temperature du palier est haute, plus le temps de cristallisation sera long. Le PEKK cristallise au bout de 35 min a 315°C alors que le PEEK cristallise en moins de 6 min pour les paliers isothermes les plus hauts [6]. Le temps de cristallisation du PEKK chute a 2 min pour une cristallisation a 270°C. De plus, contrairement au PEEK qui cristallise toujours a au moins 20% [6] malgre des vitesses de refroidissement elevees (150°C/min), le PEKK est quasi amorphe lorsqu'il est refroidit au-dela de 50°C/min.