Propriétés mécaniques de nanocomposites à matrice polymère : approche expérimentale et modélisation

par Emmanuelle Chabert

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Jean-Yves Cavaillé et de Catherine Gauthier.

Soutenue en 2002

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ce travail de thèse présente une analyse des propriétés mécaniques de nanocomposites à matrice polymère. Il s'agit d'examiner le rôle de chacun des constituants : la matrice, la charge renforçante et l'interphase (particule-matrice, particule-particule). Nous nous sommes tout d'abord attachés à expliciter, sous forme simple et unifiée, l'approche moléculaire développée au laboratoire GEMPPM (" quasi point defect theory ") destinée à décrire le comportement des polymères amorphes (ou matrice) autour de la transition vitreuse. Une méthodologie originale de détermination des différents paramètres physiques a été proposée et validée sur deux homopolymères amorphes (PET, PMMA) et sur un copolymère statistique (P(S-ABu)). Ensuite, nous avons étudié l'effet du greffage du tensioactif sur les propriétés mécaniques des films de latex. La comparaison de systèmes modèles avec tensioactif greffé et non greffé a montré que l'effet du greffage du tensioactif est faible aux petites et grandes déformations. Par contre, la nature du tensioactif peut éventuellement affecter la morphologie de latex structurés plus complexes, et par conséquent, les propriétés mécaniques des films. Enfin, la dernière partie a été consacrée à l'effet de la présence de charges renforçantes sphériques de taille submicronique. Nous avons étudié le rôle de différents paramètres (fraction volumique, nature de la charge (organique ou minérale), interactions renfort/renfort) sur les propriétés mécaniques élastiques. Pour les modéliser, nous avons développé une approche numérique discrète prenant en compte la microstructure et le contact local renfort/renfort et matrice/renfort. En faisant varier les caractéristiques du contact, on peut ainsi rendre compte des différents résultats expérimentaux de part et d'autre du seuil de percolation géométrique. Finalement, l'analyse des propriétés mécaniques en traction a suggéré que le réseau de charges est détruit dès les premiers pour-cent de déformation.


  • Résumé

    This work aims to analyse the mechanical properties of polymer based composites reinforced by spherical nanofillers. The role of each component has been investigated: the polymer matrix, the filler and the interphase (matrix-filler, filler-filler). Firstly, the mechanical behaviour of polymer has been analysed through the molecular approach (“quasi point defect theory”) developped in GEMPPM laboratory. Based on an new formalism, a original method leading to the determination of physical parameters has been proposed. We have then validated this method for various polymers (PMMA, PET and P(S-ABu)). In a second step, the effect of grafted reactive surfactant on mechanical properties of latex films has been investigated. The comparison of self made model systems with grafted and non grafted surfactant has suggested that the grafting of surfactant affects slightly both the small and the large mechanical properties of latex films. On the contrary, the nature of the surfactant might affect the microstructure of complex latex, and in this way their mechanical properties. The last part is devoted to the effect of nanofillers. We have studied the role played by different parameters (concentration, filler nature (organic or mineral), filler/filler interactions) on the elastic mechanical properties. To model these properties, we have developped a discrete numerical approach taking into account the microstructure and the local contact (filler-filler and matrix-filler). The variation of contact caracteristics has thus enabled us to describe the different experimental results below and above the geometric percolation threshold. Finally, the analysis of tensile strain properties has suggested a rupture of the filler network from the first percent of elongation.

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Informations

  • Détails : 203 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 175-190

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2610)
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