Nouvelles formulations époxy renforcées pour préimprégnation hot-melt : Réactivité, rhéologie, mise en œuvre et propriétés mécaniques

= New toughened epoxy resins for hot-melt prepreg technology : Reactivity, rheology, processing and mechanical properties

• Auteur / Autrice : Nicolas Poisson
• Direction : Henry Sautereau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMM - Laboratoire des Matériaux Macromoléculaires (Lyon; INSA1962-1998)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Rhéologie

Extrusion

Résines époxydes

Résumé

Conformément aux objectifs de cette étude, les systèmes DGEBA/DDA/URON modifiés par des élastomères (ETBN8) et des particules préformées polysiloxanes et core-shell (PBu/PMMA/fonctionnalisé COOH) ont été étudiés pour définir des nouvelles formulations adaptées à l'imprégnation par voie hot-melt. L'étude du système DGEBA/DDA a permis de montrer que la stoechiométrie est atteinte pour un rapport similaire avec ou sans accélérateur. L'introduction d'urées substituées (entre autre le DIURON) a trois conséquences : Il favorise l'homopolymérisation, perturbe la stoechiométrie initiale et plastifie le réseau par la présence d'une fraction dissoute en excès en fin de réaction. La cinétique de polymérisation et les propriétés thermiques et mécaniques des réseaux varient alors selon la quantité et la nature des urées substituées. En particulier, nous avons mis au point un dosage qualitatif et quantitatif des facteurs époxy par spectroscopie dans le proche IR. Nous avons ensuite introduit des élastomères liquides réactifs (ETBN8), des particules préformées polysiloxanes et de type core-shell dans les formulations. Pour tous les additifs, l'étude du comportement rhéologique a été effectuée, suivie par la mise en œuvre par extrusion bi-vis. Une étude particulière a été menée sur les additifs polysiloxanes. Nous avons montré que la faible adhésion conditionne la morphologie et l'état de dispersion, le comportement rhéologique, rend inefficace le mélangeage pendant la mise en œuvre, et induit un niveau de renforcement modéré. Par contre, l'amélioration de la tenue à l'usure est importante grâce aux additifs polysiloxanes. Ces formulations réalisées au laboratoire ont servi avec succès à la préimprégnation de fibres de carbone, sans solvant. Les composites obtenus présentent des propriétés mécaniques équivalentes à celles d'un produit commercial nous ayant servi de référence.

Substituted ureas accelerated DGEBA/DDA systems has been toughened with reactive rubbers and preformed particles to define new toughened epoxy resins for hot-melt technology. With or without accelerator, the optimum amine-to-epoxy ratio of the DGEBA/DDA system to obtain the maximum Tg is nearly the same and in the range of 0. 5-0. 7. The use of accelerator as DIURON produces three effects: it favors the epoxy homopolymerisation, modifies the initial amine-to-epoxy ratio and plasticizes the epoxy network. The polymerisation kinetic and the thermal and mechanical properties vary with the substituted urea nature and content. Especially, we have shown that the near infrared spectroscopy is a simple and rigorous method to quantify the epoxy fonctions conversion. We have then introduce liquid rubber (ETBN8) and preformed particles as polysiloxane and PBu/PMMA/COOH core-shell to toughen the epoxy resins. All the modified epoxy resins have been studied in order to know their rheological properties and processed using a twin-screw extruder. We have then studied in particular polysiloxane modified epoxy networks. We have shown that the weak adhesion influence the morphology, dispersion, the rheological properties, makes stable the mixture during the process and promote a modest toughening effect. On the other hand, a clear enhancement of the wear of polysiloxane modified epoxies has been observed. All the toughened epoxy resins that we have made in the laboratory have been used with success to produce prepregs using carbon fibers without solvent. The composite properties are similar to those of a present commercialized product.