Synthesis and characterization of polymer/carbon nanotubes composites : impact of polymer grafting on the surface of CNx MWNTs on the electrical and mechanical properties of the nanocomposites

par Benjamin Fragneaud

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Soutenue en 2006

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    ADes nouveaux matériaux hybrides, provenant du greffage de polystyrène à la surface de nanotubes de carbone dopés azote (CNx MWNTs) ont été synthètisés et utilisés dans l’élaboration de nano-composites à matrice polymère. Dans ces travux de recherche nous avons étudiés l’impacte de ces nanotubes de carbone greffés polystyrène sur les propriétés mécaniques et électriques de matrices polystyrène (PS et poly (butadiène-co-styrène) (PSBS). Les nanotubes greffés ont une meilleure dispersion dans une matrice de polystyrène que les nanotubes sans traitement chimique. Cependant, ce type de fonctionnement ne permet pas de baisser le seuil de percolation électrique, puisque le greffage tend à isoler électriquement les nanotubes. Par ailleurs, nous avons observé une sensible augmentation de l’effet de renfort mécanique de la matrice PS quand les tubes sont greffés ; particulièrement quand les composites sont soumis à de grandes déformations. Dans le cas particulier d’une matrice nano structurée comme le PSBS, nous avons observé un effet de renfort mécanique beaucoup plus important quand les nanotubes étaient greffés. En effet, la couche de PS à la surface des CNx MWNTs connecte les domaines de PS du copolymère, permettant l’apparition d’un réseau percolant rigide avec un seuil de percolation très bas (PC <0. 05 vol%).


  • Résumé

    New hybrid materials from the grafting of polystyrene on the surface of nitrogen doped carbon nanotube were synthesized. These chemically modified nanotubes were further used in the fabrication of polymer based nanocomposites. In these works, we studied the impact of the polymer grafted nanotubes on the electrical and mechanical properties of a polystyrene (PS) and a poly (butadiene-co-styrene) (PSBS) matrices. The grafted nanotubes have a better dispersion in a PS matrix as compared to the as received ones. Nevertheless, this kind of functionalization does not lower the percolation threshold since the grafted polymer layer electrically isolates the nanotubes each others. On the other hand, the mechanical reinforcement (PS matrix) increases when the nanotubes are polymer grafted. Furthermore, a stronger mechanical reinforcement is observed for large strain deformation. Concerning the nano-structured PSBS matrix, we observed a stronger mechanical reinforcement as compared to the PS matrix. The PS grafted nanotubes permit to connect the PS nano-domains of the matrix and consequently forms a percolating rigid network with a very low threshold (PC<0. 05 vol. %).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (III-208 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 192-208

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3190)
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