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Le Plastique Sous Pression : Comment les Chaînes de Liaison Renforcent les Matériaux

Les chercheurs de l'équipe Théorie et simulation des polymères (TSP) de l'ICS ont étudié en détail ce qui rend le polyéthylène ramifié bimodal si fiable dans les pipelines à haute pression.

À l'aide de simulations de dynamique moléculaire, ils ont étudié comment la structure interne du polyéthylène semi-cristallin bimodal, avec une teneur différente en ramifications à chaîne courte, change lorsqu'il est étiré. Ils ont surveillé deux caractéristiques topologiques clés dans ces systèmes : les « chaînes de liaison » (chaînes de polymères qui relient différentes régions cristallines) et les « enchevêtrements » (où les chaînes s'entremêlent physiquement).

Ils ont découvert que pour les petits étirements, l'orientation cristalline est importante et que si le matériau est tiré perpendiculairement à la direction de la chaîne, il est plus rigide. Cependant, lors d'étirements importants, cette orientation initiale se dégrade à mesure que les domaines cristallins sont détruits et se réorganisent, de sorte que le matériau « oublie » sa structure initiale. Étonnamment, dans les composés ramifiés, la contrainte maximale (résistance) de ces matériaux est fortement corrélée au nombre de chaînes de liaison qui survivent à la déformation. Cela signifie que les chaînes de liaison sont les principaux transmetteurs de contraintes dans les matériaux et que les enchevêtrements, en revanche, jouent un rôle secondaire dans la réponse mécanique. Dans les composés ramifiés, le glissement des chaînes est supprimé, ce qui aide les chaînes de liaison à persister à des taux d'étirement élevés, ce qui semble être essentiel pour l'aptitude de ces plastiques à résister à des conditions extrêmes. 

Comprendre les origines moléculaires des plastiques et l'importance des chaînes de liaison dans la résistance mécanique peut faciliter la conception d'architectures polymères garantissant des matériaux plus durables, résistants aux fissures et plus fiables.

Leurs conclusions sont publiées dans la revue Nature Portfolio Journal : npj Soft Matter.

Lien vers l'article

Un cristal semi-cristallin de polyéthylène à grande échelle soumis à une déformation dans des simulations de dynamique moléculaire. Les régions cristallines et amorphes sont représentées respectivement en beige et en violet. Les chaînes mises en évidence en vert sont les chaînes de liaison qui relient les domaines cristallins.