Une résine ? Le durcissement d’une résine est dû à une réaction chimique appelée polymérisation. Le principe de base : une molécule liquide (unité de répétition ou monomère) va pouvoir se lier à une seconde unité identique qui va elle-même pouvoir s’additionner à une troisième unité, ….., et ainsi de suite des milliers d’unités vont s’additionner pour former une chaîne macromoléculaire. Ensemble de molécules identiques ( = monomère) (liquide à température ambiante) Chaîne macromoléculaire (liquide ou solide à température ambiante)

Les chaînes qui vont se former auront des propriétés différentes selon la nature du monomère utilisé. A température ambiante : Certaines seront souples : élastomères D’autres seront tendres : polyéthylène D’autres seront extrêmement dures et cassantes : polystyrène D’autres seront liquides : huiles de silicone

En cours de synthèse, des milliers/milliards de chaîne vont se former et vont s’enchevêtrer de manière aléatoire ou organisée Aléatoires Organisées

Ce matériau sera constitué soit : Si les chaînes formées sont linéaires, elles vont constituées un matériau thermoplastique (qui peut être fondu). Ce matériau sera constitué soit : De chaines enchevêtrées aléatoirement : le matériau sera amorphe. Ces matériaux aura une température de transition vitreuse: Tg. En dessous de cette Tg, le matériau est dur / cassant Au dessus de cette Tg, le matériau est liquide / visqueux Dur / cassant Liquide / visqueux Tg Ex : le polystyrène est amorphe avec une Tg de 100°C. Physiquement, au dessus de la Tg, les chaînes macromoléculaires acquièrent de la mobilité qui leur permettent de glisser les unes par rapport aux autres. Le meilleur exemple : la paraffine qui passe de l’état solide à liquide en passant sa Tg autour de 60°C

Ou bien le matériau sera composé de : De chaines enchevêtrées aléatoirement et de chaînes parfaitement organisées : le matériau sera semi-cristallin. Les châines organisées aléatoirement constitueront la phase amorphe (avec une Tg) dans laquelle les chaînes organisées formeront une phase cristalline qui aura une température de fusion (Tf). La température de transition vitreuse (Tg) est toujours en dessous de la température de fusion (Tf). Dur / cassant « Tendre » Liquide / visqueux Phase amorphe solide Phase amorphe fondue Tg Tf Phase amorphe fondue Phase cristalline solide Phase cristalline solide Phase cristalline fondue Ex : le polyéthylène : Tg = -120°C et Tf = 120°C

La solution pour les composites: Ce type de résine composée de chaînes macromoléculaires organisées linéairement ne peuvent pas convenir pour les matériaux composites. En effet, dans tous les cas, il existerait une température à partir de laquelle la résine passerait à l’état liquide visqueux, ce qui correspondrait physiquement à un écoulement des chaînes les unes par rapport aux autres et on observerait la résine s’écouler comme de la cire fondue. La solution pour les composites: Attacher les chaînes les unes aux autres. Ainsi il n’y aura plus aucune possibilité pour que les chaînes s’écoulent et donc que le matériau perdent ses propriétés mécaniques. Ce type de matériau est un matériau thermodurcissable appelés aussi thermodur.

Avec ce type de résine, les chaînes macromoléculaires sont liées les unes aux autres et forment un réseau tridimensionnel. On parle également de matériau réticulé. Puisque les chaînes sont attachées les unes aux autres, il n’existe plus de température à partir de laquelle les chaînes vont s’écouler. MAIS il existera toujours une température de transition vitreuse (Tg) à partir de laquelle la résine va se ramollir MAIS sans perdre sa forme. Si on monte la température à vitesse constante, la résine finira par se dégrader en carbonisant (>150-200°C)

Pour les matériaux composites, il faut une résine qui ait une Tg la plus haute possible au dessus de la température ambiante pour assurer une stabilité dimensionnelle du matériau. Par exemple pour une résine époxy donnée, la Tg se situera entre 60 et 140°C. Une Tg haute sera obtenue en respectant la formulation préconisée et en en respectant le procédé préconisé (Température de polymérisation). En respectant la formulation idéale et le procédé, on aboutira à un réseau tridimensionnel avec des chaînes macromoléculaires les plus longues possibles et à une densité de réticulation élevée (beaucoup de pontage entre chaîne). Ainsi on obtiendra les meilleures propriétés mécaniques. Avec une résine thermodurcissable, il sera possible d’avoir une Tg supérieure à la température de mise en œuvre. Il sera donc possible d’utiliser le matériau final à une température supérieure à la température de mise en œuvre.