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Temperature de transition vitreuse

Temperature de transition vitreuse

Température de transition vitreuse

Article connexe : Transition vitreuse.

La température de transition vitreuse d'un matériau, Tv ou Tg en anglais, est la température en-dessous de laquelle les molécules présentent une faible mobilité relative. Elle correspond à la plus grande capacité de déformation. La température Tg est habituellement utilisée pour caractériser les phases amorphes des verres ou des plastiques.

Pour les verres minéraux (ou inorganiques) tels le verre de silice (SiO2), elle est définie comme étant le milieu de l'intervalle de température dans lequel ils deviennent progressivement plus visqueux et passent de l'état liquide à l'état solide.

Les polymères thermoplastiques (non-réticulés) amorphes sont caractérisés par leur température de transition vitreuse. Ils n'ont pas de température de fusion : ils se ramollissent (Tr est la température de ramollissement) au-delà d'une certaine température.

Les polymères thermoplastiques semi-cristallins présentent une morphologie plus complexe, avec coexistence de phases amorphes et cristallines en proportions variables. Ils possèdent une température de fusion des zones cristallines (Tf ou Tm en anglais). Au-delà de celle-ci, leur structure devient amorphe. De tels plastiques montrent souvent une température Tg (qui est toujours inférieure à Tf). La transition vitreuse est toutefois moins marquée que dans le cas des matériaux amorphes.

En-dessous de Tg, sur le plateau vitreux, les matériaux sont rigides, peu ductiles et souvent cassants. Ils peuvent se fissurer ou se briser en éclats.

Les corps purs de faible poids moléculaire tels l'eau n'ont qu'une température de transition à l'état solide : en-dessous de celle-ci, ce sont des solides cristallins (ou de la glace amorphe si le refroidissement en dessous de Tg est assez rapide) et au-dessus ce sont des liquides.

Au-dessus de Tg, les « liaisons faibles » entre les chaînes des polymères deviennent fragiles sous l'action de l'agitation thermique, le polymère devient souple et capable de se déformer élastiquement ou plastiquement sans rupture. Cette propriété justifie en partie l'utilité de la plupart des plastiques. Un tel comportement n'existe pas pour les plastiques thermodurcissables (après réticulation). Du fait de leur rigidité, ils se briseront en éclats sous l'effet d'une contrainte plutôt que se déformer. Ils ne pourront plus être fondus par un chauffage éventuel.

La température de transition vitreuse d'un matériau peut être mesurée par DSC ou DM(T)A.

Le tableau suivant donne les températures de transition vitreuse pour quelques polymères. Ce sont seulement des ordres de grandeur, car la température de transition vitreuse dépend de la vitesse de refroidissement et de la distribution des poids moléculaires. La Tg d'un polymère peut être diminuée par l'ajout de plastifiant.

Il faut noter également que pour un matériau semi-cristallin tel le polyéthylène qui est cristallin à 60-80 % à température ambiante, la température de transition vitreuse indiquée correspond à celle de la partie amorphe du matériau lorsque la température baisse.

Polymère Tg (°C)
Polyéthylène (PE) -110
Polypropylène (PPi) (isotactique) -10
Polychlorure de vinyle (PVC) 81
Polyacétate de vinyle (PVAc) 28
Polyalcool de vinyle (PVA) 85
Cire naturelle 60
Polyéthylène téréphtalate (PET) 69
Polystyrène (PS) 100
Polyméthyl méthacrylate (PMMA) (atactique) 105

Références


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