Viscoanalyseur - Définition

Applications

Elles sont nombreuses, soulignant sa grande polyvalence : (liste non exhaustive)

• réalisation d'essais mécaniques dynamiques avec des sollicitations en traction-compression (accès au module en traction E_t*), en cisaillement (accès au module G_s* des matériaux solides, ou à la viscosité dynamique ' des matériaux liquides ou pâteux) ou en flexion (accès au module E_f*) ;
• caractérisation thermomécanique de matériaux liquides ou pâteux et de solides de module de Young très faible à très élevé : élastomères, polymères thermoplastiques et thermodurcissables, fibres, matériaux composites, etc. ;
• étude simultanée de la température et de la fréquence pour la construction de courbes maîtresses ;
• application du principe d'équivalence température-temps en viscoélasticité linéaire et loi WLF de Williams, Landel et Ferry ;
• essais rhéologiques (détermination par exemple du temps de gel d'une résine thermodurcissable) ;
• essais simultanés de DMA/TMA pour la mesure supplémentaire de la dilatation thermique ;
• essais statiques : fluage et relaxation de contrainte pour accéder par exemple aux temps longs de relaxation (>10 s) des polymères ; technique TMA ;
• prédiction à long terme du comportement mécanique d'un matériau solide sous charge.

Influence de la fréquence

La fréquence d'excitation est le deuxième facteur environnemental important après la température : son influence peut donc être notable. L'effet de la fréquence sur deux propriétés mécaniques typiques d'un matériau viscoélastique est montré dans le graphique suivant, pour différentes températures.

Le produit final utilisé pour cet essai est un adhésif polyépoxyde préalablement réticulé à 180 °C pendant 30 min.

Un double balayage en fréquence et en température a été réalisé au viscoanalyseur. L'étude du graphique en fonction de la température (du même type que le précédent graphique) a révélé, par exemple :

• la zone de transition vitreuse du matériau s'étend de 100 °C à 160 °C pour les fréquences de 1 Hz à 1 kHz ;
• la température de transition vitreuse est égale à 129 °C à 8,4 Hz et 142 °C à 345 Hz.

Concernant le graphique ci-dessus : les cinq températures sont choisies pour illustrer l'effet de la fréquence sur les deux propriétés dans les zones vitreuse, de transition et caoutchouteuse.

Pour une température fixée et hors phénomène de résonance, le module E' augmente de façon continue avec la fréquence. L'augmentation de module est la plus importante dans la zone de transition.
Le facteur d'amortissement atteint sa valeur maximale dans la zone de transition.

Les matériaux polymères à faible hystérésis (donc à forte résilience) offrent un module dynamique très légèrement supérieur au module statique. Les matériaux très dissipatifs (donc à forte hystérésis) comme les élastomères peuvent présenter un module dynamique plusieurs fois supérieur à la valeur du module statique. Une augmentation de fréquence a pour corollaire une rigidification d'un matériau. Pour illuster ce phénomène, considérons par exemple deux cordes de guitare de longueur différente. La corde la plus courte, plus tendue donc plus rigide, produira après pincement un son plus aigu, c'est-à-dire d'une fréquence plus élevée. Voir aussi l'article sur le diapason.