M2 Fabrication par durcissement de résine (cinétique de réticulation)

Topique

Lors de la fabrication de ce stratifié, la résine thermodurcissable de la matrice subit une réaction de réticulation. Ce modèle décrit la cinétique de cette réaction à l'aide d'un modèle cinétique autocatalytique, selon Kamal-Sourour : contrairement à une réaction dont la vitesse diminue uniquement à mesure que le réactif est consommé, dans une réaction autocatalytique, les produits de réticulation eux-mêmes catalysent la réaction et la font se poursuivre. Du fait de cette catalyse, la vitesse de réticulation augmente initialement au cours de la réaction, avant de diminuer à nouveau une fois le réactif épuisé.

Les constantes cinétiques qui régissent cette réaction de réticulation dépendent, quant à elles, de la température de polymérisation, selon une relation de type Arrhenius : des températures de polymérisation plus élevées entraînent des constantes cinétiques plus élevées et une réaction de réticulation plus rapide ; des températures de polymérisation plus basses entraînent des constantes cinétiques plus faibles et une réaction de réticulation plus lente.

La progression de la réaction de réticulation, quelle que soit sa vitesse, entraîne une augmentation de la viscosité de la résine, conformément au modèle de Castro-Macosko : à mesure que la réticulation progresse, les chaînes polymères s’assemblent en réseaux moléculaires de plus en plus grands, et plus ces réseaux sont grands, plus la résine devient visqueuse. Si la réticulation progresse suffisamment, cette viscosité augmente de plus en plus rapidement, toujours selon le modèle de Castro-Macosko, jusqu’à atteindre le point de gélification.

À ce point de gélification, le réseau moléculaire formé par la réticulation englobe, pour la première fois, la totalité du volume de la résine, ce qui provoque la cessation de son écoulement à l’état liquide : le point de gélification marque précisément la transition liquide-solide de la matrice. Si la réticulation se poursuit au-delà de ce point de gélification, la matrice, désormais solide, continue de durcir, sans jamais redevenir liquide.

Par conséquent, ce modèle, avec la réaction de réticulation qui l'a initié, détermine les conditions de procédé avant deux autres modèles de cet ensemble : celui qui décrit la théorie classique des stratifiés et celui qui décrit les propriétés élastiques effectives de chaque couche. Le fait que ce modèle détermine le moment où la matrice atteint le point de gélification et achève sa réticulation permet à ces deux autres modèles de supposer, comme point de départ, que la matrice a déjà atteint les propriétés finales qu'elle n'acquiert qu'après que ce modèle a décrit comment ces propriétés sont obtenues.

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