Rev. Phys. Appl. (Paris) 21, 93-107 (1986)
DOI: 10.1051/rphysap:0198600210209300

Frottement intérieur et module dynamique associés à la transition vitreuse des polymères amorphes

J. Perez

Groupe d'Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (+), I.N.S.A., Bât. 502, 69621 Villeurbanne Cedex, France

Abstract
It is assumed that non elastic deformation of amorphous polymers near Tg occurs through (i) thermomechanical nucleation of sheared microdomains in highly disordered sites ( « defects ») and (ii) expansion of such local shear by diffusion of monomers. From these hypotheses, a set of equations giving G', G" and tg φ as a function of physical parameters is established. Such equations allow us to show the variation of these properties with frequency (or temperature) in the case of some amorphous polymers (polystyrene, polybutadiene, selenium), in agreement with experimental data. The main parameter of the theory is the characteristic time τ2 of the diffusionnal process and it is shown that τ2 can be related to the monomeric friction coefficient.

Résumé
La déformation non élastique des polymères amorphes au voisinage de la transition vitreuse est traitée en supposant d'une part, la formation thermomécaniquement activée de microdomaines cisaillés en des sites où le désordre est particulièrement élevé (« défauts »), d'autre part l'expansion de ces domaines grâce à des processus de diffusion des monomères. A partir de ces hypothèses, un ensemble de relations donnant G', G" et tg φ en fonction des divers paramètres physiques est établi. Les relations permettent la représentation de ces grandeurs en fonction de la fréquence (température) dans le cas de plusieurs polymères amorphes (polystyrène, polybutadiène, sélénium) en bon accord avec les données expérimentales. Le paramètre essentiel du modèle ainsi établi est le temps τ 2 caractéristique du processus diffusionnel et l'on montre que ce temps τ2 peut être relié au coefficient de friction monomérique.

PACS
6140K - Structure of polymers, elastomers, and plastics.
6220F - Deformation and plasticity.
6240 - Anelasticity, internal friction and mechanical resonances.
6470P - Glass transitions.

Key words
amorphous state -- glass transition polymers -- plastic deformation -- polymers -- internal friction -- dynamical modulus -- glass transition -- amorphous polymers -- nonelastic deformation -- thermomechanical nucleation -- sheared microdomains -- highly disordered sites -- expansion -- local shear -- diffusion -- monomeric friction coefficient